(57)【要約】【課題】  耐久性および燃焼の安定性を保持しながら、セラミックス繊維を用いた多孔質エレメント以上にファンモータを小型化できる多孔質エレメントを提供する。【解決手段】  多孔質エレメントを、耐熱性のある金属繊維を用いた織布状または不織布状の素材によって構成する。多孔質エレメントとして金属繊維を用いるため、セラミックス繊維を用いた多孔質エレメントと同様に、ポーラスな焼結金属を用いる場合よりも高い空隙率を実現でき、同時に熱放散を抑えて下流表面における燃料の蒸発を高い次元で保証することが出来る。金属繊維を用いると、セラミックス繊維を用いるよりも、強度を確保しやすく、肉薄にしても空隙率を格段に高めることが出来る。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質エレメントの上流側から霧化させた液体燃料と燃焼用空気を送り込み、多孔質エレメントの下流側表面に液体燃料の薄膜を形成させ液体燃料と空気の混合相を燃焼させる燃焼装置において、
前記多孔質エレメントは、耐熱性のある金属繊維を用いた織布状または不織布状の素材によって構成することを特徴とする多孔質エレメントを用いた液体燃料の燃焼装置。
【請求項２】
多孔質エレメントは、ステンレスの金属繊維を用い、織布状または不織布状を呈する素材の空隙率を７０〜９０％とすることを特徴とする請求項１記載の多孔質エレメントを用いた液体燃料の燃焼装置。
【請求項３】
多孔質エレメントは、かさ密度を０．８〜２．９ｇ／ｃｍ3 とすることを特徴とする請求項１または請求項２記載の多孔質エレメントを用いた液体燃料の燃焼装置。
【請求項４】
金属繊維は、平均繊維径を４〜１５μｍとすることを特徴とする請求項１ないし請求項３記載の多孔質エレメントを用いた液体燃料の燃焼装置。
【請求項５】
金属繊維は、平均の長さを１００〜５０００ｍｍの範囲とすることを特徴とする請求項１ないし請求項４記載の多孔質エレメントを用いた液体燃料の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔質エレメントで液体燃料と燃焼用空気の均一混合相を作る液体燃料の燃焼装置に係り、とくに装置を小型化し、製造コストやランニングコストを安くするための多孔質エレメントの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
多孔質エレメントの表面に薄い膜状の液体相を形成し、これを連続的に燃焼させる技術としては、従来、例えば特開平０５−２０３１１７号がある。この装置の原理は、多孔質エレメントの上流から空気と液体燃料を送り、多孔質エレメントの表面に泡化した薄膜状の燃料相を形成し、これを連続的に燃焼させるようになっている。
【０００３】
この種のタイプの燃焼装置は、燃料の比表面積を飛躍的に増加でき、一般的な蒸発燃焼における応答性の悪さや、噴霧燃焼における空気比が高いという問題を解消できる利点をもつ。
【０００４】
しかしながら、基本的な原理を示す特開平０５−２０３１１７号等の装置では、多孔質エレメントの全範囲に均一に液体燃料を噴射することがノズルコントロールの点で難しいという問題があった。
【０００５】
これを解消する提案としては、例えば、多孔質エレメントを前後二段に直列に設けたもの（特開平０５−２０３１１６号公報記載の装置）が知られていた。しかし、二枚の多孔質エレメントの隙間に液体燃料を送り込む構造をとるため、燃焼面が上向きに限定され、燃焼面を横向きにさせた使用が出来ないという不利があった。液体燃料が重力によって沈降するからである。
【０００６】
これを解決するため、本出願人は、二枚の多孔質エレメントを接合させて、その間に液体燃料を拡散させるシートを挟み込む技術を提案した（特開２００２−１４７７１５号公報）。液体燃料の拡散シートを利用することにより、重力による液体燃料の沈降がなく多孔質エレメントの表面に薄膜状の燃料相を均一に形成できるようになった。しかし、２枚の多孔質エレメントを使用することは、燃焼用空気の通気抵抗が上昇し、それを供給する送風機が大型化し、費用が高くなる不利があった。
【０００７】
一方、本出願人は、焼結金属を用いた従来の多孔質エレメントの問題点に鑑みて、装置を小型化しコストを低減する技術として、多孔質エレメントをセラミックス繊維を用いて構成する技術を提案した（特許文献３）。これは、セラミックス繊維を耐熱性のあるバインダーを介して結合させるもので、高い空隙率（６０〜９５％）をもちながら安定した連続燃焼を実現できる利点がある。
【特許文献１】特開平０５−２０３１１７号公報
【特許文献２】特開２００２−１４７７１５号公報
【特許文献３】特願２００４−３５７８７号（未公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、セラミックス繊維を用いた多孔質エレメントは、焼結金属を用いた従来の多孔質エレメントに較べれば、小型化しても燃焼の不安定さが解消できる利点があり、当該技術を提案した時点ではこれを越える高性能、低コストの多孔質エレメントを想定することは難しかった。焼結金属との比較において、高い空隙性をもち、熱伝導率が小さく、放射率が高いために、多孔質エレメントの外周を支持する金属部材に逃げる熱量割合を極力抑え、安定した連続燃焼を実現することが出来たからである。
【０００９】
しかしながら、セラミックス繊維を用いた多孔質エレメントにも改善すべき余地は残されていた。
【００１０】
それは、装置の小型化のために空隙率をさらに高めることであった。霧状の液体燃料を空気圧によって多孔質エレメントの下流側の表面に送り込み、そこに薄い膜状の燃料相を形成する装置では、空隙率が高いほど空気を送り出すファンモータを小型化できる。このため、多孔質エレメントの空隙率は高ければ高いほど望ましい。しかし、空隙率を高めると、必然的に多孔質エレメントがもろくなることから、実用に耐える空隙率、かさ密度、肉厚には一定の限界があった。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、耐久性および燃焼の安定性を保持しながら、セラミックス繊維を用いた多孔質エレメント以上にさらにファンモータを小型化できる多孔質エレメントを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するため、請求項１に係る多孔質エレメントを用いた液体燃料の燃焼装置は、多孔質エレメントを、耐熱性のある金属繊維を用いた織布状または不織布状の素材によって構成する。
【００１３】
請求項１に係る燃焼装置は、多孔質エレメントとして金属繊維を用いるため、セラミックス繊維を用いた多孔質エレメントと同様に、ポーラスな焼結金属を用いる場合よりも高い空隙率を実現でき、同時に熱放散を抑えて下流表面における燃料の蒸発を高い次元で保証することが出来る。
【００１４】
また、金属繊維を用いると、セラミックス繊維を用いるよりも、強度を確保しやすく、肉薄にしても空隙率を格段に高めることが出来る。強度をもたせつつ空隙率の高いセラミックス繊維の多孔質エレメントを作る場合は、バインダー（結合材）の種類にもよるが薄い成型品を用いることは難しいことが多い。これに対して金属繊維を用いた場合は、耐熱性のある長い金属繊維を織布状または不織布状に成形できることから、必ずしもバインダーを必要とせず、結果的に多孔質エレメントの空気の透過性能（流動性）を著しく向上させることが可能となった。ファンモータを小型化するためには、空隙率の単純比較ではなく、多孔質エレメントの厚みも重要な要素となる。空隙率を高めても強度保証のために肉厚となるならば、空気の透過性能は肉厚に比例して低下せざるを得ないからである。
【００１５】
金属繊維を用いた多孔質エレメントも、セラミックス繊維を用いた多孔質エレメントと同様に、安定した連続燃焼を可能とする。上流側から空気とともに送り込む液体燃料は、金属繊維の隙間を通って素早く下流表面で均一に拡散し、好ましい燃料相を形成するからである。空気とともに送り込まれる霧化した液体燃料は金属繊維の間の微小空隙を毛細管現象類似の作用で移動するため、多孔質エレメントの下流表面に燃料と空気の均質な混合相を形成する。従って、燃焼面を上、下、横向きにしても燃焼が安定化し、装置の使用環境の自由度を高めることが出来る。尚、本発明でいう上流／下流は、液体燃料と燃焼用空気の流れを基準とする。
【００１６】
請求項２に係る燃焼装置の多孔質エレメントは、ステンレスの金属繊維を用い、空隙率を７０〜９０％とするものである。空隙率はセラミックス繊維を用いた場合と大きな差はないが、ステンレスの金属繊維は耐熱性と強度に優れ、長い繊維を織布状または不織布状に加工できる自由度があることから、低コストながらも肉薄に成形でき、空気の透過性を高めることが可能である。
【００１７】
請求項３に係る燃焼装置の多孔質エレメントは、かさ密度を０．８〜２．９ｇ／ｃｍ3 とするものである。かさ密度は、セラミックス繊維を用いる場合に較べると大きくなる。比重の高い金属繊維を用いる以上は必然の現象であるが、この程度のかさ密度に設定すれば好ましい空隙率を得ることが可能である。
【００１８】
請求項４に係る燃焼装置の多孔質エレメントは、金属繊維の平均繊維径を、４〜１５μｍとする。セラミックス繊維を用いる場合に較べると平均繊維径は、概ね小さくすることが出来る。金属繊維は引張強度も高く、平均繊維径を小さくしても強度的な不利は生じない。平均繊維径を小さくできることにより容易に空隙率を高めることが出来る利点が生じる。
【００１９】
請求項４に係る燃焼装置の多孔質エレメントは、 金属繊維の平均の長さを、１００〜５０００ｍｍの範囲とする。セラミックス繊維を用いる場合は、繊維の平均長を例えば０．０１〜５０ｍｍとしたが、それに較べると遙かに長い繊維を使用できる。バインダーによる成形を必要とせず、例えばスライパー処理を経て、ウェブ工程や混紡績工程により多孔質エレメントを得ることが出来る。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、セラミックス繊維を用いた多孔質エレメントと同様、高い空隙率に起因する燃料相の均質化、すなわち多孔質エレメントの面積を小さくしても燃焼の安定性を保証でき、空気供給装置の簡素化を図ることが出来るだけでなく、セラミックス繊維を用いた多孔質エレメント以上に空気の透過性能を高めることが可能となる。このため、燃料相を形成するためのファンモータを一層小型化することが出来る。またバインダーを用いる必要がないので、耐熱性、耐久性も向上させることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、本発明に係る燃焼装置の一実施形態を例示するものである。装置構成事態は従来装置と同様でよい。例えば、適宜位置にホルダ１１を介して金属繊維で形成した多孔質エレメント２０を装着する一方、その上流側に燃料噴射ノズル１４と整流板１５とを配し、霧化させた液体燃料を送り込むことで多孔質エレメント２０の下流表面に符号Ｆで示す燃料相を形成する。１７は、燃料霧化部分の外周を包むケース体、１８は、ホルダ１１の表面リング、１９は、表面リング１８を固定するための固定金具（例えばビス）である。多孔質エレメント２０の外周部にはシール材１６を配し、ホルダ１１と多孔質エレメント２０との間を封密して燃料の漏出を防止する。
【００２２】
多孔質エレメント２０は金属繊維、例えばステンレス製の長尺繊維を用いて織布状または不織布状に成形する。いずれの場合も、ステンレス鋼の長尺繊維以外に耐熱性のある複数の金属繊維を混紡してかまわない。単一素材の金属繊維や撚糸を用いてもよく、必要があれば焼結処理を施しても良い。また、金属繊維の平均繊維径と平均繊維長を変化させることにより、多孔質エレメント２０を所期の密度（空隙率）及び目開き（気孔径）に制御し、必要な通気性を確保してもよい。
【００２３】
霧化した液体燃料を空気とともに送り込んで多孔質エレメント２０の下流表面に燃料相を形成するタイプの燃焼装置では、８００〜１２００℃の耐熱性を保証できれば実用に耐える。金属繊維は、十分な耐熱性をもつ。低コストで成型容易なステンレス鋼の場合、溶融点は１４００〜１４５０℃程度である。
【００２４】
金属繊維は、スライパー処理、撚糸処理、混紡処理、ウェブ処理など、糸の加工工程の各種処理を天然繊維や合成樹脂繊維と同じように行うことが出来る利点がある。織布状あるいは不織布状に成形することも容易であり、空隙率ないし空気の透過性能は自由に調整できる。肉薄に成形しても実用上問題がない。
【００２５】
以上のように、本発明に係る多孔質エレメント２０は、セラミックス繊維を用いた場合以上に気孔率（空気の透過性能）を高くすることが出来、上流側から送り込む空気の流動抵抗が小さくなり、より少ない送風圧でも多孔質エレメント２０の下流表面に均質な燃料相を形成出来る。この結果、空気圧力を高めて強制送風する必要がなくなり、小型の空気供給装置（ファン）によっても安定した燃焼を実現することが可能となる。気孔率が均一であれば、多孔質エレメント２０の中央部も外周部も均質な燃料相が形成されるので、同時に、燃料相の状態のばらつきによる不安定要因も解消される。
【００２６】
耐熱性と強度に優れる金属繊維は、撚糸でもよい。
本発明の場合、一本一本の好ましい繊維径（２．５〜５０μｍ）は目安にすぎない。金属繊維が束になって見かけ上の繊維径が大きくなっても、霧化した液体燃料を下流表面に均等に導出させる気孔率と空隙構造が実現され十分な耐熱性と強度をもつならば、それらを織布状または不織布状に成形することで好ましい気孔率（空気の流動／透過性能）を得ることが出来るからである。
【００２７】
霧化した液体燃料を多孔質エレメント（２０）の下流表面に燃料相として顕在化させる燃焼装置では、少ない空気圧で全域均等な燃料相を成形できることが大切であるから、繊維径と繊維長は大きさや空隙率との関係で決定するのが好ましい。本発明に係る多孔質エレメント（２０）は、燃焼の安定と装置の小型化を目的として設計されたものであるが、燃焼面積の大きな大型装置に適用しても良いことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る燃焼装置の構造例を側面から示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１１  ホルダ
１４  燃料噴射ノズル
１５  整流板
１６  シール材
１７  ケース体
１８  表面リング
１９  固定金具
２０  多孔質エレメント
Ｆ  燃料相
【図１】
2006057892.tif 000002