JP2004323253A

JP2004323253A - Ceramic plate, method of manufacturing the same and all-around type burner

Info

Publication number: JP2004323253A
Application number: JP2003116373A
Authority: JP
Inventors: Susumu Naito; 進内藤; Mitsuaki Nakajima; 光朗中島; Noriyuki Nishio; 憲行西尾; Masanobu Takashima; 正信高島
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2003-04-21
Filing date: 2003-04-21
Publication date: 2004-11-18
Also published as: KR20040091540A; KR100556196B1

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To uniformize the temperature distribution in the circumferential direction while securing wide heating power adjustable range by solving problems that the heating power adjustable range becomes narrower although the temperature distribution in the circumferential direction is uniformized when an all-around type burner is made of a heat resistant steel sheet and the temperature distribution in the circumferential direction is not uniformized although the wide heating power adjustable range is secured when the all-around type burner is made of a ceramic plate. <P>SOLUTION: A ceramic plate 56 having holes extending in the different directions from each other depending on the hole existing positions is manufactured. The method of manufacturing the ceramic plate includes a process for forming a hole group extending in the same direction on a plate like ceramic base material and a process for firing while transforming the ceramic base material by bending. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックプレートと、その製造方法と、それを利用した全周型バーナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】筒状の全周型バーナが知られている。全周型バーナのバーナ筒には多数の炎孔群が形成されている。バーナ筒の炎孔群から空気とガスの混合気が噴出し、バーナ筒の全周で混合気が燃焼する。全周型バーナは、温度分布が均一であり、温水暖房機等の熱交換器を加熱するのに適している。
特許文献１には、耐熱鋼板製の円筒状バーナが記載されている。耐熱鋼板製の円筒状バーナは、金属プレートを曲げて筒状に形成できることから放射状に伸びる炎孔群を形成しやすいものの、耐熱性に課題を残している。
特許文献２には、セラミックプレートを組合わせてバーナ筒を形成する技術が開示されている。セラミックプレートを組合わせてバーナ筒を形成すると、高い耐熱性を得ることができる。しかしながら下記のように、従来の技術では、放射状に伸びる炎孔群を形成することができない。
【０００３】
【特許文献１】
実公昭４２−２２１４４号公報
【特許文献２】
実公昭４４−２６３４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】耐熱鋼板製の筒状バーナは、耐熱鋼板とはいうものの、耐熱性に課題を残している。
全周型バーナで多量のガスを燃焼する場合には、バーナプレートの温度はむしろ低くなっている。火力が強い場合には、バーナプレートの炎孔から噴出する混合気の勢いが強いので、燃焼炎とバーナプレートの距離が離れるからである。火力を弱めると、燃焼炎がバーナプレートに接近し、バーナプレートの温度はむしろ高くなってしまう。耐熱鋼板製のバーナプレートを用いた全周型バーナで燃焼火力を弱くすると、耐熱鋼板とはいうものの耐熱鋼板が過熱されて変形することから、バーナプレート自体や炎孔が変形してしまう。耐熱鋼板製の全周型バーナでは火力を充分に弱くすることができず、火力の調整範囲が狭い。このために、例えば温水暖房機等の熱交換器を加熱して水を目標温度に加熱する場合に、目標温度に対するオーバーシュートとアンダーシュートが大きくなる。このため、熱交換器の出口の湯温が目標温度を中心にして大きくばらついてしまう。
【０００５】
セラミックの耐熱温度は、耐熱鋼板よりも高い。このため、セラミック製の全周型バーナでは、火力を充分に弱くすることができ、火力の調整範囲が広い。このために、例えば温水暖房機等の熱交換器を加熱して水を目標温度に加熱する場合に、目標温度に対するオーバーシュートとアンダーシュートを小さくすることができる。熱交換器の出口の湯温を目標温度を中心とする小さな温度範囲内に維持することが可能となる。
セラミック製の筒状バーナを一体に製造することが不可能ではないにしてもひどく生産性が悪い。複数枚のセラミックプレートを組合わせて筒状バーナを形成したほうが生産性が高い。
組合わせることによって筒状バーナを形成するセラミックプレートには、多数の炎孔が形成されているが、その炎孔の軸（穴の延びている方向）同士は平行に揃っている。組合わせることによって筒状バーナを形成するためには、円弧状に湾曲したセラミックプレートを用いることが有利であるが、円弧状に湾曲したセラミックプレートに対して放射状に伸びる炎孔群を形成することはひどく難しい。
【０００６】
炎孔群を有するセラミックプレートを製造するためには、焼成前のプレート状のセラミック素材に炎孔群を形成しておかなければならない。このとき、炎孔群の軸同士が平行で揃っていれば、炎孔群を成形した型を焼成前のセラミック素材から抜くことができ、生産性が高い。しかしながら、炎孔群（穴群）の伸びている方向が場所によって変化していると、例えば炎孔群の伸びている方向が放射状に広がっているセラミックプレートを生産性よく製造しようとすると、途端に難しくなる。型を利用して存在場所によって伸びている方向が変化している穴群を成形すると、炎孔群を成形した型を焼成前のセラミック素材から抜くことができなくなってしまう。一方、軸同士が平行に揃って伸びる炎孔群を成形した焼成前のセラミック素材を曲げることによって放射状に広がる炎孔群を製造しようとすると、焼成前のセラミック素材を曲げる際にひびが入ってしまう。
【０００７】
炎孔群を有するセラミックプレートを組合わせて全周型のバーナを製造する場合、特許文献２に記載されているように、平行に伸びる炎孔群（存在位置が変わっても伸びる方向が変わらない炎孔群）を持つプレートに分割し、それを組合わせて全周型のバーナを製造している。
なお、湾曲したセラミックプレートを製造すること自体は可能であり、特許文献３，４等に記載されているが、１枚の湾曲したセラミックプレートに形成されている炎孔群は平行に伸びており、穴の存在位置が変わっても穴の伸びる方向は変わらない（さもなければ従来の技術では製造できない）。
【０００８】
【特許文献３】
実開昭５６−２８５３３号公報
【特許文献４】
実開昭５８−１０５２８号公報
【０００９】
平行に伸びる炎孔群を持つセラミックプレートを組合わせて形成した全周型バーナの燃焼炎は、周方向に一様にならず、特定方向に向かって集中する。例えば、４枚のセラミックプレートから構成される全周型バーナでは、４方向に向かって燃焼炎が集中し、セラミックプレート間の境界部近傍では燃焼炎が形成されない。セラミック製の全周型バーナでは、耐熱性が高いものの、燃焼炎の周方向の分布が不均一になる。全周型バーナの燃焼炎の周方向の分布が不均一であると、全周型バーナの周りに配置される熱交換器に加熱されない部分が生じてしまい、熱交換効率が悪くなる。
【００１０】
本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、耐熱鋼板で全周型バーナを形成すると、周方向の温度分布が均一化されるものの火力調整幅が狭いという問題と、セラミックプレートで全周型バーナを形成すると、火力調整幅を広く確保できるものの、周方向の温度分布を均一化できないという問題を同時に解決し、火力調整幅を広く確保しながら周方向の温度分布を均一化できる技術を創作したものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段および作用と効果】請求項１に記載のセラミックプレートの製造方法では、存在位置によって穴の伸びている方向が変化しているセラミックプレートを製造する。その製造方法は、プレート状のセラミック素材に同一方向に伸びている穴群を形成する工程と、そのセラミック素材を曲げ変形させながら焼成する工程とを含んでいる。
上記のセラミックプレートの製造方法では、焼成前のセラミック素材に対して同一方向に平行に伸びている穴群を形成する。同一方向に平行に伸びている穴群であれば生産性よく製造することができる。穴群が形成されたそのセラミック素材は曲げ変形させながら焼成される。
そうして製造されたセラミックプレートの穴群は、その存在位置によって伸びる方向が変化している。例えば湾曲したセラミックプレートを製造すると、放射状に伸びる穴群が形成される。このセラミックプレートを用いて全周型バーナを製造すると、火力調整幅を広く確保でき、しかも周方向の温度分布を均一化できる。
なおここでいう穴は、炎孔等の貫通穴であることもあれば、底が閉じた穴であることもある。また、曲げ変形されたセラミックプレートが結果として湾曲していることか否かは様々であり、湾曲する表面を研削することによって平面化されていたり、焼成前のセラミック素材を湾曲させておき、それを曲げ変形することによって平面化されていることもある。存在位置によって穴の伸びている方向が変化していることが重要であり、本方法によると、穴の存在位置によって伸びている方向が変化している穴群を有するセラミックプレートを生産性よく製造することができる。
【００１２】
穴群を形成したセラミック素材をその形状を保ったまま１次焼成し、１次焼成されたセラミックプレートを曲げ変形させながら２次焼成することが好ましい（請求項２）。
１次焼成されたセラミックプレートを曲げ変形させながら２次焼成すると、セラミックプレートに割れが入りにくくなる。
【００１３】
１次焼成されたセラミックプレートを型に倣わせることによって２次焼成中に曲げ変形させることが好ましい（請求項３）。
１次焼成されたセラミックプレートを２次焼成中に型に倣わせることによって曲げ変形させると、製造されたセラミックプレートの形状を精度良く仕上げることができる。
【００１４】
型に倣わせるにあたっては、下型と上型の間に１次焼成されたセラミックプレートを置き、２次焼成中に上型によってセラミックプレートを下型に倣わせることが好ましい（請求項４）。
下型と上型の間に１次焼成されたセラミックプレートを置き、２次焼成中に上型によってセラミックプレートを下型に倣わせると、大きく湾曲したセラミックプレートの形状を精度良く仕上げることができる。
下型に倣わせる力は、上型の自重によることが好ましい。この場合、型構造が簡単化される。２次焼成の温度をコントロールすることによってセラミックプレート自体の自重で変形するようにできることから、上型の存在を省略できることもある。
【００１５】
本発明は、一様の曲率で湾曲しているセラミックプレートを製造するときに特に有効である（請求項５）。
この製造方法によれば、一様の曲率で湾曲しているとともに、放射状の穴群が形成されたセラミックプレートを製造することができる。
【００１６】
本発明では、複数の平板部が連なるセラミックプレートを製造することもできる（請求項６）。
この製造方法によれば、複数の平板部が連なるセラミックプレートを製造することができる。この場合、各平板部の穴同士は平行に伸びているが、複数の平板部の全体を通して観察すると、穴群が放射状に広がっている。
【００１７】
セラミック素材を曲げ変形する場合、セラミック素材の一方の面は引伸ばされる側となり、他方の面は圧縮される側となる。この場合、横断面が厚み方向に一様な穴を形成しておいてセラミックプレートを曲げ変形すると、穴の横断面は引伸ばされる側において引伸ばされ、製造されたセラミックプレートに形成された穴の横断面は厚み方向に一様にならない。
そこで、平坦なセラミック素材の曲げ変形によって引伸ばされる側の面に向かって横断面が縮小しているテーパー状の貫通穴を形成しておき、その素材を焼成することによって横断面が厚み方向に一様な貫通穴を有するセラミックプレートを製造することが好ましい（請求項７）。
上記の製造方法によると、曲げ変形にもかかわらず、貫通穴の横断面が厚み方向に一様なセラミックプレートを製造することができる。
【００１８】
セラミック素材を曲げ変形する場合、セラミック素材の一方の面は引伸ばされる側となり、他方の面は圧縮される側となる。この場合、セラミック素材の引伸ばされる側の面に真円状に開口する貫通穴を形成しておいてセラミックプレートを曲げ変形すると、セラミックプレートが引伸ばされた側の面において貫通穴の開口が引伸ばされ、真円状の開口を得ることができない。
そこで、平坦なセラミック素材の曲げ変形によって引伸ばされる側の面において扁平円状に開口する貫通穴を形成しておき、それを曲げ変形することによって真円状に開口する貫通穴を有するセラミックプレートを製造することが好ましい（請求項８）。
上記の製造方法によると、曲げ変形にもかかわらず、真円状に開口する貫通穴を有するセラミックプレートを製造することができる。
【００１９】
本発明によって、存在位置によって貫通穴の伸びている方向が変化しているセラミックプレートが得られ、そのセラミックプレートを組合わせることによってバーナが形成できる（請求項９）。
このバーナは耐熱性が高く、大火力から小火力までの広い範囲で燃焼量が調整でき、湯温等を細かく調整でき、しかも周方向に均一な燃焼が可能になる。
【００２０】
全周型のバーナに用いるセラミックプレートは、一様な曲率で湾曲しているとともに、放射状に伸びる貫通穴群が形成されていることが好ましい（請求項１０）。
このセラミックプレートによると、燃焼炎が放射状に広がり、燃焼炎が特定方向に集中することが防止される。
【００２１】
一様な曲率で湾曲しているセラミックプレートは、曲率中心角が１８０度以下であることが好ましい（請求項１１）。
セラミックプレートの曲率中心角が１８０度以下であると、曲げ変形に用いる型構成が簡単化され、曲げ変形後のセラミックプレートを簡単に離型することができる。
【００２２】
複数の平板部が連なっているとともに、各平板部に面直角方向に伸びる貫通穴群が形成されているセラミックプレートによって全周型のバーナを形成することもできる（請求項１２）。
１枚のセラミックプレート自体が屈曲していると、少ない枚数のセラミックプレートを組合わせることによって、頂点数の多い多角形断面の筒状バーナを形成することが可能となる。筒状バーナの頂点数の多いほど、燃焼炎の周方向の均一性が向上する。
【００２３】
バーナ用のセラミックプレートでは、表面に形成されている凹部に貫通穴が連なっていることが好ましい（請求項１３）。
この場合、燃焼音が静粛化される。
【００２４】
バーナ用のセラミックプレートでは、セラミックプレートの端面同士を合わせたときに、一方のセラミックプレートの表面を他方のセラミックプレートに向けて延長した面と、他方のセラミックプレートの表面が一致することが好ましい（請求項１４）。
このようなセラミックプレートによれば、セラミックプレート同士を組合せた場合に、その表面がスムーズに連続する。また、セラミックプレートの端面同士を直接に接触させることができ、間にシール材等を配置する必要がない。
【００２５】
本発明はまた新規な全周型バーナを提供する。この全周型バーナは、組合わされた複数のセラミックプレートを備えており、各セラミックプレートには、存在位置によって伸びている方向が変化している貫通穴群が形成されている。
この全周型バーナは、高い耐熱性を有し、燃焼量の調整範囲が広く、燃焼炎が特定方向に集中することがない。
【００２６】
複数のセラミックプレートを組合せた全周型バーナの場合、各セラミックプレートが湾曲していることが好ましい（請求項１６）。湾曲している代わりに、屈曲していてもよい（請求項１７）。組合わされた複数のセラミックプレートによって円筒ないし断面が楕円や扁平円や多角形の筒が形成されていることが好ましい（請求項１８）。
【００２７】
【発明の実施の形態】後述する実施例の主要な特徴を記載する。
（形態１）バーナは全周型である。円筒状のバーナ本体は、それぞれが湾曲している４枚のセラミックプレートを組合せて構成されている。
（形態２）円筒状のバーナ本体に形成されている炎孔は、外表面に対して直角に伸びている。即ち、放射状に伸びている。
（形態３）セラミックプレートの軸方向の端面が、分布管に固定されている基部押えプレートと端部押えプレートによって挟持されることによって、複数のセラミックプレートの組合せ状態が保持されて円筒状のバーナ本体が形成されている。
（形態４）セラミックプレートの製造に当たっては、最初に平板状のセラミック素材に面直角方向に伸びる貫通穴を形成する。続いて、平板状を維持したままセラミック素材を１次焼成する。最後に２次焼成型にセットしたセラミック素材を２次焼成して２次焼成型の形状に倣わせる。
【００２８】
【実施例】本発明のバーナ１０に係る一実施例について、図面を参照しながら説明する。バーナ１０は、全周型である。
図１に示されているように、バーナ１０は、バーナ取付プレート１２、基部押えプレート２２、バーナ本体１４、分布管１６、端部押えプレート１８等から構成されている。
図２は、図１のバーナ１０から、バーナ本体１４と端部押えプレート１８を取外した状態を示している。バーナ取付プレート１２は、図３に良く示されているように円盤状であり、４つの貫通穴１２ａを有している。貫通穴１２ａは、バーナ１０を熱交換器３０に固定するためのものである（熱交換器３０については、後述にて詳細に説明する）。バーナ取付プレート１２には、外周部にフランジ２２ａが形成された基部押えプレート２２が、スポット溶接２３によって固定されている。
【００２９】
図２に示されているように、分布管１６には、多数の分布孔１６ｄが形成されている。分布管１６の基部は、バーナ取付プレート１２の中央部分に形成されている開口１２ｂによって外部と連通している。なお、図２では、分布孔１６ｄは一様の密度で配置されているが、その配置密度を調整することにより、バーナ本体１４の燃焼強さの分布を調整することができる。バーナ取付プレート１２の開口から分布管１６内にガスと空気の混合気を供給すると、分布孔１６ｄからの噴出は、分布管１６の基部よりも端部の方がより強い傾向を示す。分布管１６の端部は行き止まりになっているので、内部の圧力がより高くなるからである。そこで、分布孔１６ｄの分布密度を端部で低くし、基部で高くすることにより、分布管１６から噴出する混合気の分布を均一にすることができる。分布管１６から噴出する混合気の分布を均一にすることができると、バーナ本体１４の燃焼強さの分布も均一になる。
【００３０】
図３に示されているように、分布管１６の軸直角方向から見た形状は方形状である。分布管１６の基部（バーナ取付プレート１２側）には、外方に向いた４枚の基部取付片１６ａが形成され、端部（端部押えプレート１８側）には、内方に向いた４枚の端部取付片１６ｂが形成されている。分布管１６の基部取付片１６ａは、基部押えプレート２２に形成された方形状の開口２２ｂに入り込んで配置される。そして、分布管１６は、その基部取付片１６ａがバーナ取付プレート１２にスポット溶接２４で固定されることにより、バーナ取付プレート１２に取付けられる。端部取付片１６ｂのそれぞれには、スクリュウ穴１６ｃが１つずつ形成されている。
【００３１】
バーナ本体１４は、図４に示すセラミック製の４つのセラミックプレート２６を、図５に示すように組合せることによって構成されている。セラミックプレート２６には、図１に示されている多数の炎孔２６ａが開口しているが、図４、図５では、それらの炎孔２６ａを省略している。炎孔２６ａは、セラミックプレート２６の外表面に対して直角に伸びるように形成されている。なお、炎孔２６ａは、セラミックプレート２６の全面に亘って開口しているが、図１では、その一部のみを図示している。セラミックプレート２６をどのようにして製造するかについては、後述にて詳細に説明する。
【００３２】
図１、図６に示されているように、セラミックプレート２６が組合わされたバーナ本体１４は、基部押えプレート２２と端部押えプレート１８の間に配置される。端部押えプレート１８は、スクリュウ２８によって分布管１６の端部取付片１６ｂに取付けられる。端部押えプレート１８を分布管１６に取付けると、端部押えプレート１８と基部押えプレート２２が、バーナ本体１４をその軸方向に押え付ける。このため、バーナ本体１４のセラミックプレート２６は、組合わされた状態に保持される。
端部押えプレート１８と基部押えプレート２２は、バーナ本体１４の端部開口を閉じる機能を有している。分布管１６は、バーナ本体１４内に混合気を供給するためのものである。端部押えプレート１８、基部押えプレート２２、分布管１６は、従来の全周型バーナにおいても存在している。すなわち、本実施例のバーナ１０は、従来から存在する基部押えプレート２２、端部押えプレート１８、分布管１６を利用して、セラミックプレート２６の組合せを保持している。このため、セラミックプレート２６の組合せ状態を保持するための部材を別に設ける必要がない。このため、構成が単純である。また、セラミックプレート２６の組合せ状態を保持するための部材をバーナ本体１４の外周外に配置する必要がなく、燃焼炎の周方向の均一性を乱すことがない。
【００３３】
基部押えプレート２２と端部押えプレート１８は、それぞれフランジ２２ａ、１８ａを有している。フランジ２２ａ、１８ａの内径と、バーナ本体１４の外径との間には隙間がある。フランジ２２ａ、１８ａが設けられていることにより、セラミックプレート２６を組合せて装着するときに、その作業を容易に行うことができる。
なお、分布管１６、端部押えプレート１８、基部押えプレート２２によるセラミックプレート２６の保持は、バーナ本体１４を軸方向に押え付けることによって行われるものに限られない。例えば、端部押えプレート１８のフランジ１８ａと、基部押えプレート２２のフランジ２２ａよって、バーナ本体１４の端部外周部を締め付けることによってセラミックプレート２６の組合せ状態を保持することもできる。
【００３４】
図７は、熱交換器３０を模式的に示している。熱交換器３０は、外筒３２、バーナ１０、凝縮パイプ３４、加熱パイプ３６、第１ヘッダー３７、第２ヘッダー３８、第３ヘッダー４０等から構成されている。
外筒３２は円筒状であり、一方の端部に円盤状の端部プレート３２ａが設けられており、他方の端部に排気口３２ｂが開口している。また、外筒３２の排気口３２ｂ側の底部には、ドレイン３２ｃが設けられている。外筒３２の端部プレート３２ａ側の半分は加熱室３２ｄとされており、排気口３２ｂ側の半分は凝縮室３２ｅとされている。加熱室３２ｄと凝縮室３２ｅは、外筒３２の内面に形成された円盤状の仕切板３２ｆによって仕切られている。
凝縮パイプ３４は、２本が束になった螺旋状であり、凝縮室３２ｅ内に配置されている。凝縮パイプ３４の一端は第１ヘッダー３７に接続されており、他端は第２ヘッダー３８に接続されている。加熱パイプ３６も２本が束になった螺旋状であり、バーナ１０を取り巻くようにして加熱室３２ｄ内に配置されている。加熱パイプ３６の一端は第２ヘッダー３８に接続されており、他端は第３ヘッダー４０に接続されている。
【００３５】
バーナ１０にはガスと空気の混合気が供給され、バーナ本体１４の炎孔２６ａから噴出する。図８に示されているように、炎孔２６ａから噴出した混合気は、燃焼して燃焼炎４２を形成する。燃焼炎４２は、バーナ本体１４の周りで放射状に燃焼する。仕切板３２ｆが設けられていることにより、燃焼ガスが加熱パイプ３６を通過してから、凝縮室３２ｅに入るようにされている。
第１ヘッダー３７には、水道水等の冷水が供給される。第１ヘッダー３７に供給された冷水は、凝縮パイプ３４を通過する。また、バーナ１０で混合気が燃焼することによって発生する燃焼ガスは、凝縮室３２ｅと排気口３２ｂを通過して外部に排出される。燃焼ガスには、水蒸気が含まれている。このため、凝縮室３２ｅを通過する燃焼ガス中の水蒸気は、凝縮パイプ３４を通過している水道水によって潜熱が回収されて凝縮水４４になる。凝縮水４４は、ドレイン３２ｃから外部に排出される。一方、水蒸気から潜熱を回収した水道水は、温度が上昇してから第２ヘッダー３８に流入する。
【００３６】
２本の凝縮パイプ３４を通過してから第２ヘッダー３８に流入する水道水の温度は、それぞれの凝縮パイプ３４で差がある。この温度差は、第２ヘッダー３８内で水道水が混合することによって均一になる。温度が均一になった水道水は、加熱パイプ３６を通過する。加熱パイプ３６を通過する水道水は、バーナ１０で燃焼している燃焼炎４２によって加熱され、高温の温水になる。温水は、第３ヘッダー４０で混合して均一な温度になり、熱交換器３０の外部に送水される。温水温度は、コントローラ（図示省略）によってバーナ１０の燃焼強さが制御されることによって所定温度に維持される。温水は、暖房等に用いられる。
【００３７】
本実施例のバーナ本体１４を構成するセラミックプレート２６は、セラミック製である。このため、バーナ本体１４の耐熱性は、それを耐熱鋼製とした場合よりも高い。このため、耐熱鋼製のバーナ本体よりも、燃焼炎４２とバーナ本体１４の距離（図８の「ｄ」）を近づけることができる。よって、より弱い燃焼が可能になる。図９は、この効果を例示している。
図９の横軸はＴＤＲ（ＴｕｒｎＤｏｗｎＲａｔｉｏ、絞り比）であり、縦軸はバーナの温度である。耐熱鋼製バーナのＴＤＲ範囲の下限は、耐熱鋼の許容温度から、３０％程度である。これに対して、セラミック製バーナの場合には、ＴＤＲ範囲の下限を１０％程度まで引き下げることができる。バーナ１０で弱く燃焼を行うことができると、図１０に示されているように、熱交換器３０を出る温水温度のバラツキを小さくすることができる。より弱く燃焼を行うことができると、燃焼強さの調整や、燃焼のオン／オフを行うときの制御上のオーバーシュートやアンダーシュートが小さくなるからである。
【００３８】
また、上述したように、本実施例のセラミックプレート２６の炎孔２６ａは、セラミックプレート２６の外表面に対して直角に伸びるように形成されている。このため、燃焼炎４２は、放射状に燃焼する。従って。バーナ本体１４を取り巻くように配置される加熱パイプ３６を均等に効率良く加熱することができる。
【００３９】
セラミックプレート２６をどのようにして製造するのかについて説明する。
まず最初に、図１１に示されているように、互いに軸が並行な２本の回転ローラ５０で粘土状のセラミック素材５２（例えば、コージライト）を取り込む。回転ローラ５０に取り込まれたセラミック素材５２は平板状になる。平板状になったセラミック素材５２は、カッター５４によって切り出され、長方形状のセラミック素材５６になる。
次に、図１２に示されているように、セラミック素材５６を下型５８にセットする。下型５８の断面は凹状であり、底面５８ａには、それに対して垂直な複数の下型穴５８ｂが形成されている。下型穴５８ｂの軸直角方向断面は真円状である。
そして、図１３に示されているように、セラミック素材５６の上に、押え板６０をセットする。押え板６０には、押え板穴６０ａが形成されている。押え板穴６０ａは、下型５８の下型穴５８ｂよりも径が大きいとともに、軸が下型穴５８ｂと一致するように配置されている。
【００４０】
続いて、図１４に示されているように、下型５８の上に上型６２をセットする。上型６２には、下方を向く複数のピン６４が設けられている。ピン６４のピン下部６４ｂの径は、下型５８の下型穴５８ｂのそれよりも僅かに小さい寸法とされている。ピン６４のピン上部６４ａの径は、押え板６０の押え板穴６０ａのそれよりも僅かに小さい寸法とされている。ピン下部６４ｂとピン上部６４ａの間には、テーパー部６４ｃが形成されている。ピン６４の軸は、下型穴５８ｂと押え板穴６０ａの軸と一致するように配置されている。
そして、図１５に示されているように、上型６２を下降させ、ピン６４によってセラミック素材５６に面直角方向に貫通する炎孔２６ａを形成する。ピン６４によって押し出されたセラミック素材５６の断片５６ａは、下方に落下する。
図１６は、炎孔２６ａが形成されたセラミック素材５６を図示している。炎孔２６ａの皿穴部２６ｂは、ピン６４のテーパー部６４ｃに対応して形成されている。
【００４１】
次に、炎孔２６ａが形成された平板状のセラミック素材５６に１次焼成を施す。１次焼成として好ましい温度は、１０００℃程度である。１次焼成に間は、平板状のセラミック素材５６の形状を拘束しない。
続いて、図１７に示されているように、炎孔２６ａの皿穴部２６ｂを下側にした状態で１次焼成したセラミック素材５６を焼成下型７０にセットする。焼成下型７０の成形面７０ａは、１／４円弧の凹状に形成されている。そして、図１８に示されているように、セラミック素材５６の上に焼成上型７２を載置する。焼成上型７２の成形面７２ａは、円弧状に形成されている。
この状態で２次焼成を施す。２次焼成として好ましい温度は、１３２０℃程度である。図１９に示されているように、２次焼成を施すと、柔らかくなったセラミック素材５６は、焼成上型７２の重量によって変形しながら、焼成下型７０と焼成上型７２に倣って成形される。図２０は、成形されたセラミックプレート２６を示している。このようにして成形を行ったので、セラミックプレート２６の炎孔２６ａは、放射状に伸びている。即ち、炎孔２６ａの伸びる方向は、放射状に広がっている。なお、炎孔２６ａの皿穴部２６ｂは、その深さを調整して燃焼炎４２のリフト（燃焼炎４２とセラミックプレート２６外表面との距離）を変化させる機能を有している。この部分の形状は皿状に限られるものではなく、単なる凹状であってもよい。
【００４２】
図２１に示されているように、２次焼成において、焼成上型７２を用いずに、焼成下型７０のみによって曲げ変形させることもできる。焼成下型７０のみを用いても、２次焼成するとセラミック素材５６がそれ自体の重量によって焼成下型７０の成形面７０ａに倣う。
また、焼成用の型を用いずに曲げ変形させることもできる。例えば、セラミック素材５６の短手方向の両端を支持部材上に載置し、その状態で２次焼成をする。このようにすると、セラミック素材５６はそれ自体の重量によって曲げ変形される。
図２２に示されているように、セラミック素材５６を平板部が連なる屈曲形状に成形することもできる。
以上説明したようにしてセラミックプレート２６を成形すると、成形後の形状がどのようなものであっても、炎孔２６ａは、面直角方向に対して伸びる。このため、炎孔２６ａから吹き出す燃焼炎４２の方向が特定方向に集中しない。
【００４３】
図２３に示されているように、２次焼成中にセラミック素材５６を曲げ変形させ、２次焼成後に平面研削することもできる。図２４は、平面研削したセラミック素材５６を図示している。曲げ変形と、表面加工を組合わせると、外表面に対して炎孔２６ａが伸びる方向を自由に設定することができる。
焼成前のセラミック素材に、平行して伸びる炎孔群を形成し、２次焼成中に曲げ変形して平坦化することもできる。このようにしても、図２４に示したように、放射状に広がる炎孔群を有するフラットなセラミックプレートを製造することができる。
【００４４】
図２５に示すように、曲げ変形前のセラミック素材５６にテーパー状の炎孔２６ａを設けておき、その後に曲げ変形することによって、図２６に示すように、横断面（軸直角断面）が厚み方向に一様な炎孔２６ａを形成してもよい。逆に、曲げ変形前のセラミック素材５６に横断面が厚み方向に一様な炎孔２６ａを設けておき、その後に曲げ変形することによってテーパー状の炎孔２６ａを形成することもできる。
【００４５】
図２７に示すように、曲げ変形前のセラミック素材５６の曲げ変形によって引伸ばされる側の面において扁平円（楕円）状に開口する貫通穴２６ａを形成しておくこともできる。このようにすると、その後に曲げ変形することによって、図２８に示すように、真円状に開口する貫通穴を有するセラミックプレートを製造することができる。炎孔２６ａの開口が真円状であると、燃焼効率が高められ、燃焼騒音が静粛化される。
【００４６】
セラミックプレート２６の組合わせに用いる端面の形状を平面でなく、複数の面から構成することもできる。例えば、図２９に示されているように、端面７８を３つの平面から構成する。このようにすると、セラミックプレート２６を組合わせる際に、互いの位置決めが容易になる。本実施例では、セラミックプレートの端面同士を合わせたときに、一方のセラミックプレートの表面を他方のセラミックプレートに向けて延長した面と、他方のセラミックプレートの表面が一致する。全体として滑らかに連続する筒状バーナを形成することができる。
【００４７】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
従って、例えば、以下に記載するように構成することができる。
【００４８】
（１）バーナ本体は、筒状に限られるものではない。例えば、半球状のセラミック同士を組合せ、中空球状のバーナ本体とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係るバーナの側面図。
【図２】実施例に係る分布管の側面図。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図。
【図４】実施例に係るセラミックプレートの組合せ前の状態を示す模式的斜視図。
【図５】実施例に係るセラミックプレートを組合せた状態を示す模式的斜視図。
【図６】図１のＶＩ−ＶＩ線矢視図。
【図７】実施例に係る熱交換器の模式図構造図。
【図８】実施例に係るバーナの燃焼状態の説明図。
【図９】実施例に係る耐熱鋼製とセラミック製のバーナのＴＤＲ範囲を比較するグラフ。
【図１０】実施例に係る耐熱鋼製とセラミック製のバーナで温水温度のバラツキを比較するグラフ。
【図１１】実施例に係るセラミック素材をローラ成形している状態の模式的斜視図。
【図１２】実施例に係るセラミック素材を下型にセットした状態の断面図。
【図１３】実施例に係る下型にセットしたセラミック素材に押え板を載置した状態の断面図。
【図１４】実施例に係る下型に上型をセットした状態の断面図。
【図１５】実施例に係る上型が下降した状態の断面図。
【図１６】実施例に係る炎孔が形成されたセラミック素材の断面図。
【図１７】実施例に係るセラミック素材を焼成下型にセットした状態の断面図。
【図１８】実施例に係る焼成下型にセットしたセラミック素材に焼成上型を載置した状態の断面図。
【図１９】実施例に係る焼成下型と焼成上型でセラミック素材を曲げ変形させた状態の断面図。
【図２０】実施例に係る曲げ変形されたセラミックプレートの断面図。
【図２１】実施例に係るセラミック素材を焼成下型のみで曲げ変形させた状態の断面図。
【図２２】実施例に係る焼成下型と焼成上型でセラミック素材を屈曲曲げ変形させた状態の断面図。
【図２３】実施例に係る曲げ変形したセラミック素材の断面図。
【図２４】実施例に係る曲げ変形後に切断したセラミック素材の断面図。
【図２５】実施例に係るテーパー状の炎孔を形成したセラミック素材の断面図。
【図２６】実施例に係るテーパー状の炎孔を形成してから曲げ変形させたセラミック素材の断面図。
【図２７】実施例に係る扁平円状の炎孔を形成したセラミック素材の斜視図。
【図２８】実施例に係る扁平円状の炎孔を形成してから曲げ変形させたセラミック素材の斜視図。
【図２９】実施例に係るセラミックプレートの組合せ面の形状を例示する図。
【符号の説明】
１０：バーナ
１２：バーナ取付プレート、１２ａ：貫通穴
１４：バーナ本体
１６：分布管、１６ａ：基部取付片、１６ｂ：端部取付片、１６ｃ：スクリュウ穴、１６ｄ：分布孔
１８：端部押えプレート、１８ａ：フランジ
２２：基部押えプレート、２２ａ：フランジ、２２ｂ：開口
２３、２４：スポット溶接
２６：セラミックプレート、２６ａ：炎孔、２６ｂ：皿穴部
２８：スクリュウ
３０：熱交換器
３２：外筒、３２ａ：端部プレート、３２ｂ：排気口、３２ｃ：ドレイン、３２ｄ：加熱室、３２ｅ：凝縮室、３２ｆ：仕切板
３４：凝縮パイプ
３６：加熱パイプ
３７：第１ヘッダー
３８：第２ヘッダー
４０：第３ヘッダー
４２：燃焼炎
５０：回転ローラ
５２：セラミック素材
５４：カッター
５６：セラミック素材
５８：下型、５８ａ：底面、５８ｂ：下型穴
６０：押え板、６０ａ：押え板穴
６２：上型
６４：ピン、６４ａ：ピン上部、６４ｂ：ピン下部、６４ｃ：テーパー部
７０：焼成下型、７０ａ：成形面
７２：焼成上型、７２ａ：成形面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic plate, a method of manufacturing the same, and an all-peripheral burner using the same.
[0002]
2. Description of the Related Art A cylindrical full-circle type burner is known. Many burner holes are formed in the burner cylinder of the full circumference burner. A mixture of air and gas is blown out from a group of flame holes of the burner cylinder, and the mixture burns over the entire circumference of the burner cylinder. The full circumference type burner has a uniform temperature distribution and is suitable for heating a heat exchanger such as a hot water heater.
Patent Literature 1 describes a cylindrical burner made of a heat-resistant steel plate. A cylindrical burner made of a heat-resistant steel plate can be formed into a cylindrical shape by bending a metal plate, so that it is easy to form a group of radially extending flame holes, but has a problem in heat resistance.
Patent Literature 2 discloses a technique for forming a burner cylinder by combining ceramic plates. When a burner cylinder is formed by combining ceramic plates, high heat resistance can be obtained. However, as described below, it is not possible to form a radially extending flame hole group by the conventional technique.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Utility Model Publication No. 42-22144
[Patent Document 2]
Japanese Utility Model Publication No. 44-2634
[0004]
The tubular burner made of heat-resistant steel sheet has a problem in heat resistance, though it is a heat-resistant steel sheet.
When a large amount of gas is burned by the full-circle type burner, the temperature of the burner plate is rather low. This is because when the thermal power is strong, the air-fuel mixture ejected from the flame holes of the burner plate has a strong momentum, so that the distance between the combustion flame and the burner plate increases. When the heating power is reduced, the combustion flame approaches the burner plate, and the temperature of the burner plate becomes rather high. When the combustion heat is weakened by a full-circumferential type burner using a burner plate made of a heat-resistant steel plate, the heat-resistant steel plate is overheated and deformed even though it is a heat-resistant steel plate, so that the burner plate itself and the flame holes are deformed. With the all-circumferential type burner made of heat-resistant steel sheet, the heating power cannot be sufficiently reduced, and the adjustment range of the heating power is narrow. For this reason, for example, when heating a heat exchanger such as a hot water heater to heat water to a target temperature, overshoot and undershoot relative to the target temperature increase. For this reason, the hot water temperature at the outlet of the heat exchanger varies greatly around the target temperature.
[0005]
The heat-resistant temperature of ceramics is higher than that of heat-resistant steel sheets. For this reason, with a ceramic all-peripheral burner, the heating power can be sufficiently reduced, and the adjustment range of the heating power is wide. For this reason, for example, when heating a heat exchanger such as a hot water heater to heat water to a target temperature, overshoot and undershoot with respect to the target temperature can be reduced. The temperature of the hot water at the outlet of the heat exchanger can be maintained within a small temperature range around the target temperature.
It is extremely difficult, if not impossible, to produce a ceramic tubular burner in one piece, which leads to a very poor productivity. The productivity is higher when a cylindrical burner is formed by combining a plurality of ceramic plates.
A ceramic plate that forms a cylindrical burner when combined has a large number of flame holes, and the axes of the flame holes (the direction in which the holes extend) are aligned in parallel. In order to form a cylindrical burner by combination, it is advantageous to use a ceramic plate curved in an arc shape, but to form a group of flame holes extending radially with respect to the ceramic plate curved in an arc shape. Is terribly difficult.
[0006]
In order to manufacture a ceramic plate having a group of flame holes, the group of flame holes must be formed in a plate-shaped ceramic material before firing. At this time, if the axes of the flame holes are parallel and aligned, the mold in which the flame holes are formed can be removed from the ceramic material before firing, and the productivity is high. However, if the direction in which the groups of flame holes (hole groups) extend varies depending on the location, for example, if it is attempted to produce a ceramic plate in which the direction in which the groups of flame holes extend radially is to be manufactured with high productivity, there is a problem. At the end it gets harder. When a hole group whose direction of extension is changed depending on the location is formed using a mold, the mold in which the flame hole group is formed cannot be removed from the ceramic material before firing. On the other hand, when trying to manufacture a flame hole group that spreads radially by bending a ceramic material before firing that has formed a group of flame holes that extend in parallel with each other, cracks occur when bending the ceramic material before firing. I will.
[0007]
In the case of manufacturing an all-peripheral burner by combining ceramic plates having a group of flame holes, as described in Patent Document 2, a group of flame holes extending in parallel (the extending direction does not change even if the position of the flame holes changes). The plate is divided into plates having a group of flame holes, and these are combined to produce an all-around burner.
Note that it is possible to manufacture a curved ceramic plate itself, and it is described in Patent Documents 3 and 4, etc., but the flame holes formed in one curved ceramic plate extend in parallel. Even if the position of the hole changes, the direction in which the hole extends does not change (otherwise, it cannot be manufactured by the conventional technique).
[0008]
[Patent Document 3]
Japanese Utility Model Publication No. 56-28533
[Patent Document 4]
Japanese Utility Model Publication No. 58-10528
[0009]
The combustion flame of the all-peripheral burner formed by combining ceramic plates having a group of flame holes extending in parallel is not uniform in the circumferential direction, but is concentrated in a specific direction. For example, in an all-peripheral burner composed of four ceramic plates, the combustion flame concentrates in four directions, and no combustion flame is formed near the boundary between the ceramic plates. In a ceramic full-circle burner, although the heat resistance is high, the distribution of the combustion flame in the circumferential direction is not uniform. If the circumferential distribution of the combustion flame of the full-circumferential burner is not uniform, the heat exchanger disposed around the full-circular burner may have a portion that is not heated, resulting in poor heat exchange efficiency.
[0010]
The present invention has been made in order to solve such a problem, and when a full-circumferential type burner is formed from heat-resistant steel sheets, the temperature distribution in the circumferential direction is uniformed, but the thermal power adjustment width is narrow, and the ceramic plate has a problem. By forming a full-circle type burner, it is possible to secure a wide range of thermal power adjustment, but at the same time solve the problem that the temperature distribution in the circumferential direction cannot be made uniform. It is a technology that can be created.
[0011]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a ceramic plate in which the direction in which a hole extends varies depending on the location of the ceramic plate. The manufacturing method includes a step of forming a group of holes extending in the same direction in a plate-shaped ceramic material, and a step of firing while bending and deforming the ceramic material.
In the above-described method for manufacturing a ceramic plate, a group of holes extending in the same direction and parallel to the ceramic material before firing is formed. A group of holes extending in parallel in the same direction can be manufactured with high productivity. The ceramic material in which the holes are formed is fired while being bent and deformed.
The direction of extension of the hole group of the ceramic plate manufactured in this manner changes depending on the position of the hole. For example, when a curved ceramic plate is manufactured, a group of holes extending radially is formed. When a full-circle type burner is manufactured using this ceramic plate, a wide range of thermal power adjustment can be secured, and the temperature distribution in the circumferential direction can be made uniform.
The hole referred to here may be a through hole such as a flame hole or a hole with a closed bottom. Also, whether or not the bent and deformed ceramic plate is curved as a result is various, and it is flattened by grinding the curved surface, or the ceramic material before firing is curved, May be flattened by bending deformation. It is important that the direction in which the hole extends varies depending on the location of the hole. According to this method, a ceramic plate having a group of holes whose direction of extension varies depending on the location of the hole is manufactured with high productivity. can do.
[0012]
It is preferable that the ceramic material in which the hole group is formed be subjected to primary firing while maintaining its shape, and then be subjected to secondary firing while bending and deforming the primary fired ceramic plate.
When secondary firing is performed while bending and deforming the primary fired ceramic plate, the ceramic plate is less likely to crack.
[0013]
It is preferred that the primary fired ceramic plate be bent and deformed during the secondary firing by imitating the mold.
When the primary fired ceramic plate is bent and deformed by being made to follow a mold during the secondary firing, the shape of the manufactured ceramic plate can be finished with high accuracy.
[0014]
In order to imitate the mold, it is preferable to place a primary fired ceramic plate between the lower mold and the upper mold, and to imitate the ceramic plate by the upper mold during the secondary firing. ).
If the primary fired ceramic plate is placed between the lower mold and the upper mold, and the ceramic plate is made to follow the lower mold by the upper mold during the secondary firing, the shape of the large curved ceramic plate can be accurately finished. it can.
The force imitating the lower mold is preferably based on the weight of the upper mold. In this case, the mold structure is simplified. Since the ceramic plate itself can be deformed by its own weight by controlling the temperature of the secondary firing, the presence of the upper mold may be omitted in some cases.
[0015]
The present invention is particularly effective when manufacturing a ceramic plate which is curved with a uniform curvature (claim 5).
According to this manufacturing method, it is possible to manufacture a ceramic plate that is curved with a uniform curvature and has a group of radial holes.
[0016]
According to the present invention, a ceramic plate in which a plurality of flat plate portions are connected can be manufactured (claim 6).
According to this manufacturing method, a ceramic plate in which a plurality of flat plate portions are continuous can be manufactured. In this case, the holes in each flat plate portion extend in parallel, but when viewed through the plurality of flat plate portions, the holes are radially spread.
[0017]
When a ceramic material is bent and deformed, one surface of the ceramic material is a stretched side and the other surface is a compressed side. In this case, if the ceramic plate is bent and deformed while forming a uniform cross section in the thickness direction, the cross section of the hole is stretched on the stretched side, and the hole formed in the manufactured ceramic plate is formed. Is not uniform in the thickness direction.
Therefore, a tapered through hole whose cross section is reduced toward the surface that is stretched by the bending deformation of the flat ceramic material is formed in advance, and the cross section is reduced in the thickness direction by firing the material. It is preferable to produce a ceramic plate having uniform through holes (claim 7).
According to the above manufacturing method, a ceramic plate having a uniform cross section in the thickness direction can be manufactured despite the bending deformation.
[0018]
When a ceramic material is bent and deformed, one surface of the ceramic material is a stretched side and the other surface is a compressed side. In this case, when a through hole that opens in a perfect circle is formed on the surface on the stretched side of the ceramic material and the ceramic plate is bent and deformed, the opening of the through hole on the surface on the stretched side of the ceramic plate is opened. It is stretched and a perfect circular opening cannot be obtained.
Therefore, a flat plate is formed with a through-hole that opens in a flat circular shape on the surface that is stretched by bending deformation of a flat ceramic material, and a ceramic plate having a through-hole that opens in a perfect circular shape by bending and deforming it. Is preferably produced (claim 8).
According to the above-described manufacturing method, a ceramic plate having a through hole that opens in a perfect circular shape can be manufactured despite bending deformation.
[0019]
According to the present invention, it is possible to obtain a ceramic plate in which the direction in which the through-hole extends varies depending on the location, and a burner can be formed by combining the ceramic plates (claim 9).
This burner has high heat resistance, the amount of combustion can be adjusted in a wide range from a large thermal power to a small thermal power, the temperature of hot water can be finely adjusted, and uniform combustion in the circumferential direction is possible.
[0020]
It is preferable that the ceramic plate used for the all-peripheral burner is curved with a uniform curvature and has a group of through holes extending radially.
According to this ceramic plate, the combustion flame spreads radially, and the combustion flame is prevented from being concentrated in a specific direction.
[0021]
The ceramic plate that is curved with a uniform curvature preferably has a center angle of curvature of 180 degrees or less (claim 11).
When the center angle of curvature of the ceramic plate is 180 degrees or less, the configuration of the mold used for bending deformation is simplified, and the ceramic plate after bending deformation can be easily released.
[0022]
The entire circumference type burner can be formed by a ceramic plate in which a plurality of flat plate portions are connected and a through-hole group extending in a direction perpendicular to the plane is formed in each flat plate portion.
When one ceramic plate itself is bent, a cylindrical burner having a polygonal cross section with a large number of vertices can be formed by combining a small number of ceramic plates. The greater the number of vertices of the cylindrical burner, the better the uniformity of the combustion flame in the circumferential direction.
[0023]
In the ceramic plate for a burner, it is preferable that a through hole is continuous with a concave portion formed on the surface (claim 13).
In this case, the combustion noise is reduced.
[0024]
In a ceramic plate for a burner, when the end surfaces of the ceramic plates are aligned with each other, it is preferable that the surface of one ceramic plate extending toward the other ceramic plate coincides with the surface of the other ceramic plate ( Claim 14).
According to such a ceramic plate, when the ceramic plates are combined with each other, the surface thereof is smoothly continuous. Further, the end faces of the ceramic plate can be brought into direct contact with each other, and there is no need to arrange a sealing material or the like between them.
[0025]
The present invention also provides a novel full circumference burner. The all-peripheral burner includes a plurality of combined ceramic plates, and each ceramic plate is formed with a group of through holes whose extending direction changes depending on the existing position.
This all-peripheral burner has high heat resistance, has a wide range of adjustment of the amount of combustion, and does not concentrate the combustion flame in a specific direction.
[0026]
In the case of an all-peripheral burner in which a plurality of ceramic plates are combined, it is preferable that each ceramic plate is curved. Instead of being curved, it may be bent (claim 17). It is preferable that a cylinder or a cylinder having an ellipse, a flat circle, or a polygonal cross section is formed by the plurality of ceramic plates combined (claim 18).
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The main features of the embodiment described later will be described.
(Mode 1) The burner is a full circumference type. The cylindrical burner body is configured by combining four curved ceramic plates.
(Mode 2) The flame holes formed in the cylindrical burner main body extend at right angles to the outer surface. That is, they extend radially.
(Mode 3) A cylindrical burner is held by holding an end face in the axial direction of a ceramic plate between a base holding plate and an end holding plate fixed to a distribution tube, so that a combined state of a plurality of ceramic plates is maintained. A body is formed.
(Mode 4) In manufacturing a ceramic plate, first, a through hole extending in a direction perpendicular to the plane is formed in a flat ceramic material. Subsequently, the ceramic material is first fired while maintaining the flat shape. Finally, the ceramic material set in the secondary firing mold is secondary fired so as to follow the shape of the secondary firing mold.
[0028]
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of a burner 10 according to the present invention will be described with reference to the drawings. The burner 10 is of a full circumference type.
As shown in FIG. 1, the burner 10 includes a burner mounting plate 12, a base holding plate 22, a burner main body 14, a distribution tube 16, an end holding plate 18, and the like.
FIG. 2 shows a state in which the burner body 14 and the end holding plate 18 have been removed from the burner 10 of FIG. As shown in FIG. 3, the burner mounting plate 12 has a disk shape and has four through holes 12a. The through hole 12a is for fixing the burner 10 to the heat exchanger 30 (the heat exchanger 30 will be described in detail later). A base holding plate 22 having a flange 22 a formed on an outer peripheral portion is fixed to the burner mounting plate 12 by spot welding 23.
[0029]
As shown in FIG. 2, the distribution tube 16 has a number of distribution holes 16d. The base of the distribution tube 16 communicates with the outside through an opening 12 b formed in the center of the burner mounting plate 12. Although the distribution holes 16d are arranged at a uniform density in FIG. 2, the distribution of the combustion intensity of the burner body 14 can be adjusted by adjusting the arrangement density. When a mixture of gas and air is supplied from the opening of the burner mounting plate 12 into the distribution tube 16, the ejection from the distribution hole 16 d tends to be stronger at the end portion than at the base portion of the distribution tube 16. This is because the end of the distribution tube 16 has a dead end, so that the internal pressure becomes higher. Therefore, the distribution density of the air-fuel mixture ejected from the distribution pipe 16 can be made uniform by lowering the distribution density of the distribution holes 16d at the ends and increasing the distribution density at the bases. When the distribution of the air-fuel mixture ejected from the distribution pipe 16 can be made uniform, the distribution of the combustion intensity of the burner body 14 also becomes uniform.
[0030]
As shown in FIG. 3, the shape of the distribution tube 16 as viewed from the direction perpendicular to the axis is a square. At the base of the distribution tube 16 (on the side of the burner mounting plate 12), four base mounting pieces 16a facing outward are formed, and at the end (on the side of the end holding plate 18), four base mounting pieces 16 facing inward are formed. A plurality of end attachment pieces 16b are formed. The base mounting piece 16 a of the distribution tube 16 is disposed so as to enter a rectangular opening 22 b formed in the base holding plate 22. The distribution tube 16 is attached to the burner attachment plate 12 by fixing the base attachment piece 16 a to the burner attachment plate 12 by spot welding 24. One screw hole 16c is formed in each of the end mounting pieces 16b.
[0031]
The burner body 14 is configured by combining four ceramic plates 26 made of ceramic shown in FIG. 4 as shown in FIG. Although a large number of flame holes 26a shown in FIG. 1 are opened in the ceramic plate 26, these flame holes 26a are omitted in FIGS. The flame holes 26 a are formed so as to extend at right angles to the outer surface of the ceramic plate 26. Although the flame holes 26a are opened over the entire surface of the ceramic plate 26, FIG. 1 shows only a part thereof. How to manufacture the ceramic plate 26 will be described later in detail.
[0032]
As shown in FIGS. 1 and 6, the burner body 14 combined with the ceramic plate 26 is disposed between the base holding plate 22 and the end holding plate 18. The end holding plate 18 is attached to the end attachment piece 16 b of the distribution tube 16 by a screw 28. When the end holding plate 18 is attached to the distribution tube 16, the end holding plate 18 and the base holding plate 22 hold the burner body 14 in the axial direction. For this reason, the ceramic plates 26 of the burner main body 14 are held in a combined state.
The end holding plate 18 and the base holding plate 22 have a function of closing an end opening of the burner main body 14. The distribution pipe 16 is for supplying an air-fuel mixture into the burner main body 14. The end holding plate 18, the base holding plate 22, and the distribution tube 16 are also present in a conventional full-circle burner. That is, the burner 10 of the present embodiment holds the combination of the ceramic plates 26 by using the base press plate 22, the end press plate 18, and the distribution tube 16 existing in the related art. For this reason, there is no need to separately provide a member for maintaining the combined state of the ceramic plates 26. For this reason, the configuration is simple. Further, it is not necessary to arrange a member for maintaining the combined state of the ceramic plates 26 outside the outer periphery of the burner main body 14, so that the uniformity of the combustion flame in the circumferential direction is not disturbed.
[0033]
The base holding plate 22 and the end holding plate 18 have flanges 22a and 18a, respectively. There is a gap between the inner diameter of the flanges 22a, 18a and the outer diameter of the burner body 14. Since the flanges 22a and 18a are provided, the work can be easily performed when the ceramic plates 26 are combined and mounted.
The holding of the ceramic plate 26 by the distribution tube 16, the end holding plate 18, and the base holding plate 22 is not limited to being performed by pressing the burner main body 14 in the axial direction. For example, the combined state of the ceramic plate 26 can be maintained by tightening the outer peripheral portion of the end of the burner body 14 by the flange 18a of the end holding plate 18 and the flange 22a of the base holding plate 22.
[0034]
FIG. 7 schematically shows the heat exchanger 30. The heat exchanger 30 includes an outer cylinder 32, a burner 10, a condensing pipe 34, a heating pipe 36, a first header 37, a second header 38, a third header 40, and the like.
The outer cylinder 32 has a cylindrical shape, and is provided with a disk-shaped end plate 32a at one end and an exhaust port 32b at the other end. A drain 32c is provided at the bottom of the outer cylinder 32 on the exhaust port 32b side. A half of the outer cylinder 32 on the end plate 32a side is a heating chamber 32d, and a half on the exhaust port 32b side is a condensation chamber 32e. The heating chamber 32d and the condensation chamber 32e are partitioned by a disk-shaped partition plate 32f formed on the inner surface of the outer cylinder 32.
The condensing pipe 34 has a spiral shape with two bundles, and is disposed in the condensing chamber 32e. One end of the condensation pipe 34 is connected to the first header 37, and the other end is connected to the second header 38. The heating pipe 36 is also a spiral having two bundles, and is arranged in the heating chamber 32d so as to surround the burner 10. One end of the heating pipe 36 is connected to the second header 38, and the other end is connected to the third header 40.
[0035]
A mixture of gas and air is supplied to the burner 10 and blows out from a flame hole 26 a of the burner main body 14. As shown in FIG. 8, the air-fuel mixture ejected from the flame hole 26 a burns to form a combustion flame 42. The combustion flame 42 burns radially around the burner body 14. The provision of the partition plate 32f allows the combustion gas to pass through the heating pipe 36 before entering the condensation chamber 32e.
Cold water such as tap water is supplied to the first header 37. The cold water supplied to the first header 37 passes through the condensing pipe 34. Further, the combustion gas generated by the combustion of the air-fuel mixture in the burner 10 passes through the condensation chamber 32e and the exhaust port 32b and is discharged to the outside. The combustion gas contains water vapor. For this reason, the latent heat of the water vapor in the combustion gas passing through the condensation chamber 32 e is recovered by the tap water passing through the condensation pipe 34 to become the condensed water 44. The condensed water 44 is discharged from the drain 32c to the outside. On the other hand, tap water from which latent heat has been recovered from steam flows into the second header 38 after the temperature rises.
[0036]
The temperature of tap water flowing into the second header 38 after passing through the two condensing pipes 34 differs between the respective condensing pipes 34. This temperature difference is made uniform by the mixing of the tap water in the second header 38. The tap water having a uniform temperature passes through the heating pipe 36. Tap water passing through the heating pipe 36 is heated by the combustion flame 42 burning in the burner 10 and becomes hot water. The hot water is mixed at the third header 40 to have a uniform temperature, and is sent to the outside of the heat exchanger 30. The hot water temperature is maintained at a predetermined temperature by controlling the combustion intensity of the burner 10 by a controller (not shown). Hot water is used for heating or the like.
[0037]
The ceramic plate 26 constituting the burner main body 14 of the present embodiment is made of ceramic. For this reason, the heat resistance of the burner main body 14 is higher than when it is made of heat-resistant steel. Therefore, the distance ("d" in FIG. 8) between the combustion flame 42 and the burner main body 14 can be made shorter than that of the burner main body made of heat-resistant steel. Therefore, weaker combustion becomes possible. FIG. 9 illustrates this effect.
The horizontal axis in FIG. 9 is TDR (Turn Down Ratio, aperture ratio), and the vertical axis is the burner temperature. The lower limit of the TDR range of the heat-resistant steel burner is about 30% from the allowable temperature of the heat-resistant steel. On the other hand, in the case of a ceramic burner, the lower limit of the TDR range can be reduced to about 10%. If the burner 10 can perform the combustion weakly, the variation in the temperature of the hot water exiting the heat exchanger 30 can be reduced as shown in FIG. This is because, if the combustion can be performed weaker, the overshoot and the undershoot in the control when adjusting the combustion intensity and performing the on / off of the combustion are reduced.
[0038]
Further, as described above, the flame holes 26 a of the ceramic plate 26 of this embodiment are formed so as to extend at right angles to the outer surface of the ceramic plate 26. Therefore, the combustion flame 42 burns radially. Therefore. The heating pipe 36 arranged so as to surround the burner main body 14 can be uniformly and efficiently heated.
[0039]
How to manufacture the ceramic plate 26 will be described.
First, as shown in FIG. 11, a clay-like ceramic material 52 (for example, cordierite) is taken in by two rotating rollers 50 whose axes are parallel to each other. The ceramic material 52 taken into the rotating roller 50 has a flat shape. The flat ceramic material 52 is cut out by a cutter 54 to form a rectangular ceramic material 56.
Next, as shown in FIG. 12, the ceramic material 56 is set on the lower mold 58. The cross section of the lower mold 58 is concave, and a plurality of lower mold holes 58b perpendicular to the bottom mold 58 are formed in the bottom surface 58a. The cross section in the direction perpendicular to the axis of the lower mold hole 58b is a perfect circle.
Then, as shown in FIG. 13, the holding plate 60 is set on the ceramic material 56. The holding plate 60 has a holding plate hole 60a. The holding plate hole 60a has a larger diameter than the lower die hole 58b of the lower die 58, and is arranged so that the axis thereof coincides with the lower die hole 58b.
[0040]
Subsequently, the upper mold 62 is set on the lower mold 58 as shown in FIG. The upper die 62 is provided with a plurality of pins 64 facing downward. The diameter of the pin lower portion 64b of the pin 64 is slightly smaller than that of the lower die hole 58b of the lower die 58. The diameter of the pin upper portion 64 a of the pin 64 is slightly smaller than that of the holding plate hole 60 a of the holding plate 60. A tapered portion 64c is formed between the pin lower portion 64b and the pin upper portion 64a. The axis of the pin 64 is disposed so as to coincide with the axis of the lower die hole 58b and the holding plate hole 60a.
Then, as shown in FIG. 15, the upper die 62 is lowered, and the flame holes 26 a penetrating the ceramic material 56 in the direction perpendicular to the plane are formed by the pins 64. The piece 56a of the ceramic material 56 extruded by the pin 64 falls downward.
FIG. 16 illustrates the ceramic material 56 in which the flame holes 26a are formed. The countersink portion 26b of the flame hole 26a is formed corresponding to the tapered portion 64c of the pin 64.
[0041]
Next, primary firing is performed on the flat ceramic material 56 on which the flame holes 26a are formed. The preferred temperature for the first firing is about 1000 ° C. During the primary firing, the shape of the flat ceramic material 56 is not restricted.
Subsequently, as shown in FIG. 17, the ceramic material 56 that has been primarily fired is set in a firing lower mold 70 with the countersink portion 26b of the flame hole 26a facing downward. The molding surface 70a of the lower firing mold 70 is formed in a concave shape with a quarter arc. Then, as shown in FIG. 18, the upper firing mold 72 is placed on the ceramic material 56. The molding surface 72a of the upper firing mold 72 is formed in an arc shape.
The secondary firing is performed in this state. A preferred temperature for the secondary firing is about 1320 ° C. As shown in FIG. 19, when the secondary firing is performed, the softened ceramic material 56 is deformed by the weight of the upper firing die 72 and is formed following the lower firing die 70 and the upper firing die 72. You. FIG. 20 shows the formed ceramic plate 26. Since the molding is performed in this manner, the flame holes 26a of the ceramic plate 26 extend radially. That is, the direction in which the flame holes 26a extend radially extends. The countersink portion 26b of the flame hole 26a has a function of adjusting the depth thereof to change the lift of the combustion flame 42 (the distance between the combustion flame 42 and the outer surface of the ceramic plate 26). The shape of this portion is not limited to a dish shape, but may be a simple concave shape.
[0042]
As shown in FIG. 21, in secondary firing, bending deformation can be performed only by the lower firing die 70 without using the upper firing die 72. Even if only the lower firing mold 70 is used, the secondary firing causes the ceramic material 56 to follow the molding surface 70a of the lower firing mold 70 by its own weight.
Further, it is also possible to perform bending deformation without using a firing mold. For example, both ends in the short direction of the ceramic material 56 are placed on a support member, and secondary firing is performed in that state. In this case, the ceramic material 56 is bent and deformed by its own weight.
As shown in FIG. 22, the ceramic material 56 can be formed into a bent shape in which the flat plate portions are connected.
When the ceramic plate 26 is formed as described above, the flame holes 26a extend in the direction perpendicular to the plane, regardless of the shape after the formation. For this reason, the direction of the combustion flame 42 blown out from the flame hole 26a does not concentrate in a specific direction.
[0043]
As shown in FIG. 23, the ceramic material 56 can be bent and deformed during the secondary firing, and the surface can be ground after the secondary firing. FIG. 24 illustrates a ceramic material 56 that has been surface ground. When bending deformation and surface processing are combined, the direction in which the flame hole 26a extends with respect to the outer surface can be freely set.
Flame holes that extend in parallel can be formed in the ceramic material before firing, and can be bent and flattened during the secondary firing to flatten. Even in this case, as shown in FIG. 24, a flat ceramic plate having a group of flame holes spreading radially can be manufactured.
[0044]
As shown in FIG. 25, the ceramic material 56 before bending deformation is provided with a tapered flame hole 26a, and thereafter, by bending and deformation, as shown in FIG. A uniform flame hole 26a may be formed in the direction. Conversely, a flame hole 26a having a uniform cross section in the thickness direction may be provided in the ceramic material 56 before bending deformation, and thereafter, the tapered flame hole 26a may be formed by bending deformation.
[0045]
As shown in FIG. 27, a through-hole 26a that opens in a flat circle (ellipse) shape on the surface of the ceramic material 56 before bending deformation that is stretched by bending deformation may be formed. By doing so, it is possible to manufacture a ceramic plate having through holes that open in a perfect circle as shown in FIG. 28 by bending and deforming thereafter. When the opening of the flame hole 26a is a perfect circle, the combustion efficiency is enhanced, and the combustion noise is reduced.
[0046]
The shape of the end face used for the combination of the ceramic plates 26 may be not a plane but a plurality of faces. For example, as shown in FIG. 29, the end face 78 is composed of three planes. This facilitates the positioning of the ceramic plates 26 when they are combined. In this embodiment, when the end faces of the ceramic plates are aligned with each other, the surface extending from the surface of one ceramic plate toward the other ceramic plate coincides with the surface of the other ceramic plate. It is possible to form a cylindrical burner that is smoothly continuous as a whole.
[0047]
As mentioned above, although the specific example of this invention was demonstrated in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and alterations of the specific examples illustrated above.
Further, the technical elements described in the present specification or the drawings exert technical utility singly or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. The technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
Therefore, for example, it can be configured as described below.
[0048]
(1) The burner main body is not limited to a cylindrical shape. For example, hemispherical ceramics may be combined to form a hollow spherical burner body.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of a burner according to an embodiment.
FIG. 2 is a side view of the distribution tube according to the embodiment.
FIG. 3 is a view taken along line III-III in FIG. 2;
FIG. 4 is a schematic perspective view showing a state before the combination of the ceramic plates according to the embodiment.
FIG. 5 is a schematic perspective view showing a state where the ceramic plates according to the embodiment are combined.
FIG. 6 is a view taken along line VI-VI of FIG. 1;
FIG. 7 is a schematic structural diagram of a heat exchanger according to an embodiment.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a combustion state of a burner according to the embodiment.
FIG. 9 is a graph comparing the TDR ranges of heat-resistant steel and ceramic burners according to an example.
FIG. 10 is a graph comparing the variation in hot water temperature between a heat-resistant steel burner and a ceramic burner according to the example.
FIG. 11 is a schematic perspective view showing a state in which the ceramic material according to the example is roller-formed.
FIG. 12 is a sectional view of a state in which the ceramic material according to the example is set in a lower mold.
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a state in which a pressing plate is placed on a ceramic material set in a lower mold according to the embodiment.
FIG. 14 is a cross-sectional view of a state in which an upper mold is set on a lower mold according to the embodiment.
FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating a state in which the upper mold according to the embodiment is lowered.
FIG. 16 is a cross-sectional view of a ceramic material having a flame hole according to an example.
FIG. 17 is a sectional view of a state in which the ceramic material according to the example is set in a firing lower mold.
FIG. 18 is a cross-sectional view of a state in which the upper firing mold is placed on the ceramic material set in the lower firing mold according to the example.
FIG. 19 is a cross-sectional view showing a state in which the ceramic material is bent and deformed by the lower firing die and the upper firing die according to the example.
FIG. 20 is a sectional view of a bent ceramic plate according to an example.
FIG. 21 is a cross-sectional view showing a state in which the ceramic material according to the example is bent and deformed only by a lower firing die.
FIG. 22 is a cross-sectional view showing a state in which the ceramic material is bent and bent by the lower firing die and the upper firing die according to the example.
FIG. 23 is a cross-sectional view of a bent and deformed ceramic material according to an example.
FIG. 24 is a cross-sectional view of the ceramic material cut after bending deformation according to the example.
FIG. 25 is a cross-sectional view of a ceramic material having tapered flame holes according to an example.
FIG. 26 is a cross-sectional view of a ceramic material according to an example, which is formed by forming a tapered flame hole and then bending and deforming it.
FIG. 27 is a perspective view of a ceramic material having a flat circular flame hole according to an example.
FIG. 28 is a perspective view of a ceramic material which is formed by forming a flat circular flame hole and bending-deforming it according to an example.
FIG. 29 is a view exemplifying the shape of the combination surface of the ceramic plate according to the example.
[Explanation of symbols]
10: Burner
12: Burner mounting plate, 12a: Through hole
14: Burner body
16: distribution tube, 16a: base mounting piece, 16b: end mounting piece, 16c: screw hole, 16d: distribution hole
18: end holding plate, 18a: flange
22: base holding plate, 22a: flange, 22b: opening
23, 24: Spot welding
26: ceramic plate, 26a: flame hole, 26b: countersink
28: Screw
30: Heat exchanger
32: outer cylinder, 32a: end plate, 32b: exhaust port, 32c: drain, 32d: heating chamber, 32e: condensation chamber, 32f: partition plate
34: Condensing pipe
36: Heating pipe
37: First header
38: Second header
40: Third header
42: Combustion flame
50: rotating roller
52: Ceramic material
54: Cutter
56: Ceramic material
58: Lower die, 58a: Bottom surface, 58b: Lower die hole
60: holding plate, 60a: holding plate hole
62: Upper type
64: pin, 64a: upper pin, 64b: lower pin, 64c: tapered portion
70: lower firing mold, 70a: molding surface
72: firing upper mold, 72a: molding surface

Claims

A method of manufacturing a ceramic plate in which the direction in which a hole extends varies depending on the location,
Forming a group of holes extending in the same direction in the plate-shaped ceramic material,
Firing the ceramic material while bending and deforming it,
And a method for producing a ceramic plate.

2. The ceramic plate manufacturing method according to claim 1, wherein the ceramic material having the holes formed therein is subjected to a primary firing while maintaining its shape, and a secondary firing is performed while bending and deforming the primary fired ceramic plate. Method.

The method according to claim 1, wherein the primary fired ceramic plate is deformed during secondary firing by causing the primary fired ceramic plate to follow a mold.

4. The ceramic plate according to claim 3, wherein a primary fired ceramic plate is placed between the lower mold and the upper mold, and the ceramic plate is made to follow the lower mold by the upper mold during the secondary firing. Method.

The method for producing a ceramic plate according to any one of claims 1 to 4, wherein the ceramic plate is curved with a uniform curvature.

The method for manufacturing a ceramic plate according to any one of claims 1 to 4, wherein the ceramic plate is formed by connecting a plurality of flat plate portions.

A ceramic plate having a tapered through-hole whose cross section is reduced toward the surface on the side stretched by bending deformation of a flat ceramic material and having a uniform cross-section in the thickness direction. The method for producing a ceramic plate according to any one of claims 1 to 6, wherein:

A flat plate-shaped through-hole is formed on a surface of the flat ceramic material which is stretched by bending deformation, and a ceramic plate having a perfectly circular-shaped through-hole is manufactured. Item 8. The method for producing a ceramic plate according to any one of Items 1 to 7.

A ceramic plate for use in a burner, wherein the direction in which the through hole extends varies depending on the position of the ceramic plate.

The ceramic plate according to claim 9, wherein a group of through holes that are curved at a uniform curvature and extend radially are formed.

The ceramic plate according to claim 10, wherein a central angle of curvature is 180 degrees or less.

The ceramic plate according to claim 9, wherein a plurality of flat plate portions are connected, and a through hole group extending in a direction perpendicular to the plane is formed in each flat plate portion.

The ceramic plate according to any one of claims 9 to 12, wherein a through hole is continuous with a concave portion formed on the surface.

The end faces of the ceramic plates are aligned with each other, and the surface of one ceramic plate extending toward the other ceramic plate coincides with the surface of the other ceramic plate. The ceramic plate according to any one of the above.

An all-peripheral burner, comprising a plurality of ceramic plates combined with each other, wherein each ceramic plate is formed with a group of through-holes whose direction of extension varies depending on the location of the ceramic plate.

The all-peripheral burner according to claim 15, wherein each ceramic plate is curved.

The burner according to claim 15, wherein each ceramic plate is bent.

The all-circumferential burner according to any one of claims 15 to 17, wherein the cylinder is formed by a plurality of combined ceramic plates.