JPH109522A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は燃焼面を構成する耐熱性繊維マット
を有する燃焼装置に関するものであり、耐熱性繊維マッ
ト自身の膜の横振動により振動燃焼が発生する。 【解決手段】 燃焼装置は、耐熱性繊維マット１４の裏
面に一体に固定され鋼板と制振樹脂とからなる制振鋼板
２６で構成され、耐熱性繊維マットの膜の横振動は制振
樹脂層のせん断変形により吸収されるので、振動燃焼が
抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼面を構成する
耐熱性繊維マットとその支持鋼板を有する燃焼装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の燃焼装置は特開平６−２
３５５０８号公報に記載されているようなものが一般的
であった。この装置は図４に示されているように耐熱性
繊維から構成された耐熱性繊維マット１に多数の炎口２
を開口し、耐熱性繊維マット１の周縁の裏側にはケーシ
ング３を設けて混合ガス室４を形成している。混合ガス
室４には、多口の均一板５が内蔵されていた。ケーシン
グ３の底面に開口した開口部６には、燃料を供給するノ
ズル７を臨ませ、燃焼用空気を送るファン８が連通され
ていた。また、耐熱性繊維マット１の表側には燃焼壁９
を設けて燃焼室１０を形成している。セラミックスの保
炎壁１１は耐熱性繊維マット１の周縁で、かつ、燃焼壁
９に隣接して設けられている。耐熱性多孔質金属板１２
が耐熱性繊維マット１の裏面にボルトナット１３により
固設されている。なお、耐熱性繊維は多孔質セラミック
スあるいは鉄、クロム、珪素、アルミニウム、イットリ
ウム等の合金からなる長繊維の焼結体であって１２００
℃以上の耐熱性をもついわゆる金属繊維マットが用いら
れている。この金属繊維マットの長繊維が厚さ方向に積
み重ねられているので、繊維方向の熱伝導は非常に良い
が、厚さ方向の熱伝導は非常に悪い。

【０００３】次に、燃焼動作を説明する。ノズル７から
噴出した燃料とファン８から吐出した空気とは、開口部
６から混合ガス室４へ流入し、混合して予混合気を形成
する。この予混合気は均一板５と耐熱性多孔質金属板１
２との均一化により、耐熱性繊維マット１にほぼ均一に
流入し、その後、予混合気は炎口２から噴出し、点火し
て予混合火炎を形成する。そして、予混合火炎により加
熱され、高温になった保炎壁１１は耐熱性繊維マット１
の周縁の炎口２Ａに形成された予混合火炎の基部を加熱
するので、予混合火炎の保炎力が向上し、予混合火炎は
安定する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
燃焼装置では、耐熱性繊維マット１と耐熱性多孔質金属
板１２との周縁をケーシング３と保炎壁１１で固定して
いるので、耐熱性繊維マット１にいわゆる膜の横振動が
発生する場合がある。言い換えると、耐熱性繊維マット
１は太鼓の膜に相当している。例えば、何らかの原因
で、予混合気の濃度が予混合火炎のリフトしやすい空気
過剰になった場合、予混合火炎の不安定化が反応量変動
を増加させ、続いて温度変動や圧力変動を発生させる。
そして、耐熱性多孔質金属板１２がボルトナット１３を
介して耐熱性繊維マット１の変動を抑制しているのにも
係わらず、大きな圧力変動が耐熱性繊維マット１に膜の
横振動を誘発させる。さらに、この耐熱性繊維マット１
の膜の横振動数が燃焼装置のある部分の固有振動数と等
しくなる場合、共振して振動燃焼が発生するという課題
を有していた。

【０００５】また、耐熱性繊維マット１に膜の横振動が
誘発されなくても、大きな圧力変動自身の振動数が燃焼
装置のある部分の固有振動数と等しくなる場合、共振し
て振動燃焼が発生するという課題をも有していた。

【０００６】また、何らかの原因で予混合気の濃度が理
論空気比近傍になった場合、炎口２の近傍に移動した予
混合火炎は耐熱性繊維マット１を輻射や対流により加熱
するので、耐熱性繊維マット１の表面は温度上昇して赤
熱する。そして、耐熱性繊維マット１には熱膨張による
熱応力が生じるが、ボルトナット１３を介して耐熱性多
孔質金属板１２の抗力が耐熱性繊維マット１の反り等の
大きな変形を阻止する。しかし、ボルトナット１３は耐
熱性多孔質金属板１２の抗力を耐熱性繊維マット１に局
所的に作用するだけなので、ボルトナット１３の間隙に
耐熱性繊維マット１のしわが発生するという課題を有し
ていた。他方、耐熱性繊維マット１の裏面に耐熱性多孔
質金属板１２をボルトナット１３により固設する作業は
工数が掛かるという課題を有していた。さらに、ボルト
ナット１３自身が熱により劣化するという課題を有して
いた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために空気と燃料を混合し、混合ガスを形成する混
合ガス室と、混合ガス室を包囲するケーシングと、混合
ガス室の下流側に設置し、燃焼面を構成する耐熱性繊維
マットと、耐熱性繊維マットの裏面に一体とし、耐熱性
繊維マットの振動を抑制する制振鋼板と、耐熱性繊維マ
ットと制振鋼板とに貫通して開口した炎口とを有するも
のである。

【０００８】上記発明によれば、予混合火炎の不安定化
が反応量変動を増加させ、続いて温度変動や圧力変動を
発生させる。そして、大きな圧力変動が耐熱性繊維マッ
トに膜の横振動を誘発する。この耐熱性繊維マットの膜
の横振動は耐熱性繊維マットに一体に固設された鋼板を
介して制振樹脂層に伝わり、耐熱性繊維マットの膜の横
振動のエネルギーは制振樹脂層のせん断変形により吸収
される。すなわち、共振の原因となる耐熱性繊維マット
の膜の横振動が解消されるので、振動燃焼が抑制でき
る。

【０００９】また、耐熱性繊維マットに膜の横振動が誘
発されなくても、圧力変動の振動数が燃焼装置のある部
分の固有振動数と等しくなると発生する振動燃焼は、大
きな圧力変動が混合ガス室へ伝わる際に、制振鋼板が圧
力変動のエネルギーを吸収するので、同じく抑制でき
る。

【００１０】続いて、何らかの原因で、予混合気の濃度
が予混合火炎のリフトしやすい空気過剰になった場合、
予混合火炎が炎口から離れるので、耐熱性繊維マットの
表面は赤熱するほど温度上昇しない。しかし、逆に何ら
かの原因で予混合気の濃度が理論空気比近傍になった場
合、予混合火炎が炎口の近傍に移動するので、耐熱性繊
維マットの表面は温度上昇して赤熱する。しかし、いず
れにおいても耐熱性繊維マットは厚さ方向の熱伝導が非
常に悪いので、耐熱性繊維マットの裏面は温度変動が小
さく、かつ、温度が低い。したがって、制振鋼板は温度
依存性による制振能力の低下はなく、高温用の制振樹脂
の採用により熱劣化も防止できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明は空気と燃料を混合し、混
合ガスを形成する混合ガス室と、混合ガス室を包囲する
ケーシングと、混合ガス室の下流側に設置し、燃焼面を
構成する耐熱性繊維マットと、耐熱性繊維マットの裏面
に一体とし、耐熱性繊維マットの振動を抑制する制振鋼
板と、耐熱性繊維マットと制振鋼板とに貫通して開口し
た炎口とを有するものである。

【００１２】そして、予混合火炎の不安定化が反応量変
動を増加させ、温度変動や圧力変動を発生させる。続い
て、大きな圧力変動が耐熱性繊維マットに膜の横振動を
誘発する。この耐熱性繊維マットの膜の横振動は耐熱性
繊維マットに一体に固設された鋼板を介して制振樹脂層
に伝わり、耐熱性繊維マットの膜の横振動のエネルギー
は制振樹脂層のせん断変形により吸収される。すなわ
ち、共振の原因となる耐熱性繊維マットの膜の横振動が
解消されるので、振動燃焼が抑制できる。

【００１３】他方、耐熱性繊維マットに膜の横振動が誘
発されなくても、圧力変動の振動数が燃焼装置のある部
分の固有振動数と等しくなると発生する振動燃焼は、大
きな圧力変動が混合ガス室へ伝わる際に、制振鋼板が圧
力変動のエネルギーを吸収するので、同じく抑制でき
る。

【００１４】続いて、何らかの原因で、予混合気の濃度
が予混合火炎のリフトしやすい空気過剰になった場合、
予混合火炎が炎口から離れるので、耐熱性繊維マットの
表面は赤熱するほど温度上昇しない。しかし、逆に何ら
かの原因で予混合気の濃度が理論空気比近傍になった場
合、予混合火炎が炎口の近傍に移動するので、耐熱性繊
維マットの表面は温度上昇して赤熱する。しかし、いず
れにおいても耐熱性繊維マットは厚さ方向の熱伝導が非
常に悪いので、耐熱性繊維マットの裏面は温度変動が小
さく、かつ、温度が低い。したがって、制振鋼板は温度
依存性による制振能力の低下はなく、高温用の制振樹脂
の採用により熱劣化も防止できる。

【００１５】また、制振樹脂を耐熱性繊維マットの裏面
と鋼板とに挟まれ、接着された制振鋼板とを有するもの
である。

【００１６】そして、予混合火炎の不安定化が反応量変
動を増加させ、温度変動や圧力変動を発生させる。続い
て、大きな圧力変動が耐熱性繊維マットに膜の横振動を
誘発する。この耐熱性繊維マットの膜の横振動は直接制
振樹脂層に伝わり、耐熱性繊維マットの膜の横振動のエ
ネルギーは制振樹脂層のせん断変形によりを効率よく吸
収される。すなわち、耐熱性繊維マットと制振樹脂が直
接接着されているので、共振の原因となる耐熱性繊維マ
ットの膜の横振動が確実に解消され、振動燃焼が防止で
きる。

【００１７】また、空気と燃料を混合し、混合ガスを形
成する混合ガス室と、混合ガス室を包囲するケーシング
と、混合ガス室の下流側に設置し、燃焼面を構成する耐
熱性繊維マットと、耐熱性繊維マットの裏面に縫い合わ
せ接合された鋼板と、耐熱性繊維マットと前記鋼板とに
貫通して開口した炎口とを有するものである。

【００１８】そして、耐熱性繊維マットと鋼板との縫い
合わせ作業は、例えば工業用ミシンを用いて簡単に、高
能率に行える。また、耐熱性繊維マットと鋼板とは線接
触している、すなわち、縫い合わせ部は鋼板の抗力を耐
熱性繊維マットの広い範囲に作用するので、耐熱性繊維
マットのしわの発生が抑制できる。

【００１９】または、耐熱性繊維マットが膜の横振動を
誘発されたとき、制振鋼板が耐熱性繊維マットの膜の横
振動のエネルギーを吸収して振動を抑制するものであ
る。

【００２０】以下、本発明の実施例について図面を用い
て説明する。 （実施例１）図１は本発明の実施例１の燃焼装置の断面
図である。

【００２１】図において、１４は燃焼面を構成する耐熱
性繊維の耐熱性繊維マットであり、この耐熱性繊維マッ
ト１４には多数の丸穴の炎口１５が開口している。１６
は耐熱性繊維マット１４の裏側に設けたケーシングであ
り、混合ガス室１７を形成している。１８は多数の連通
口１９を開口した均一板であり、混合ガス室１７に内蔵
されている。２０はケーシング１６の底面に開口した開
口部であり、開口部２０には燃料を供給するノズル２１
を臨ませ、燃焼用空気を送るファン２２が連通されてい
た。２３は耐熱性繊維マット１４の表側に設けた燃焼壁
であり、燃焼室２４を形成している。２５はセラミック
スの保炎壁であり、この保炎壁２５は耐熱性繊維マット
１４の周縁で、かつ、燃焼壁２３に隣接して設けられて
いる。２６は拘束型ダンピング構造の制振鋼板であり、
耐熱性繊維マット１４の裏面にボルトナット２７により
固設されている。この制振鋼板２６は二枚の鋼板２８、
２９の間に粘弾性特性を有する厚さ１００μｍ以下の制
振樹脂３０を挟んだサンドイッチ構造を持っている。

【００２２】次に、燃焼動作について説明する。まず、
最初にファン２２が燃焼用空気を開口部２０から混合ガ
ス室１７に送り、次にノズル２１が燃料をファン２２の
吐出側に噴出し、開口部２０から混合ガス室１７に供給
する。燃焼空気と燃料は混合ガス室１７で十分に混合し
て予混合気を形成する。そして、予混合気は均一板１８
に衝突し、連通口１９を通過する際に均一化されて耐熱
性繊維マット１４にほぼ均一に流入し、耐熱性繊維マッ
ト１４の下流において点火して燃焼を開始し、予混合火
炎を形成する。そして、予混合火炎により加熱された保
炎壁２５は耐熱性繊維マット１４の周縁の炎口１５Ａに
形成された予混合火炎の基部を加熱するので、予混合火
炎の保炎力が向上し、予混合火炎は安定する。

【００２３】次に、何らかの原因で、予混合気の濃度が
予混合火炎のリフトしやすい空気過剰になった場合につ
いて説明する。この時、予混合火炎の不安定化が反応量
変動を増加させ、温度変動や圧力変動を発生させる。そ
して、実験において、大きな圧力変動が耐熱性繊維マッ
ト１４に１００〜２５０Ｈｚ程度の膜の横振動を誘発す
る。この耐熱性繊維マット１４の膜の横振動はボルトナ
ット２７から鋼板２８、２９を介して制振樹脂３０層に
伝わり、耐熱性繊維マット１４の膜の横振動のエネルギ
ーは制振樹脂３０層のせん断変形により吸収される。す
なわち、共振の原因となる耐熱性繊維マット１４の膜の
横振動が解消されるので、振動燃焼が抑制できる。

【００２４】また、圧力変動自身の振動数が燃焼装置の
ある部分の固有振動数と等しくなる場合ついて説明す
る。この時、実験において、共振して２５０〜１０００
Ｈｚ程度の振動燃焼が誘発される。しかし、圧力変動が
混合ガス室１７へ伝わる際に、制振鋼板２６が圧力変動
のエネルギーを吸収するので、振動燃焼が抑制できる。

【００２５】次に、制振鋼板２６の使用温度について説
明する。何らかの原因で、予混合気の濃度が予混合火炎
のリフトしやすい空気過剰になった場合、予混合火炎が
炎口１５から離れるので、耐熱性繊維マット１４の表面
は赤熱するほど温度上昇しない。他方、逆に何らかの原
因で予混合気の濃度が理論空気比近傍になった場合、予
混合火炎が炎口１５の近傍に移動するので、耐熱性繊維
マット１４の表面は温度上昇して赤熱する。しかし、い
ずれにおいても耐熱性繊維マットは厚さ方向の熱伝導が
非常に悪いので、耐熱性繊維マット１４の裏面は温度変
動が小さく、かつ、温度が低い。したがって、制振鋼板
２６は温度依存性による制振能力の低下はなく、高温用
の制振樹脂３０、例えば、熱硬化性樹脂（ポリエステル
系）や熱可塑性樹脂（オレフィン系フィルム）などの採
用により熱劣化を防止できる。

【００２６】さらに、耐熱性繊維マット１４の表面は温
度上昇して赤熱した場合、耐熱性繊維マット１４には熱
膨張による熱応力が生じるが、ボルトナット２７を介し
て鋼板２８、２９の抗力が耐熱性繊維マット１の反り等
の大きな変形を阻止できる。

【００２７】なお、ボルトナット２７ではなく、制振鋼
板２６にバイパス回路を設けてスポット溶接してもよ
い。また、制振樹脂３０に導電性を持たせるために金属
粒子を添加することにより、直接スポット溶接できる。

【００２８】また、制振鋼板は一枚の鋼板と厚い制振樹
脂から構成されている非拘束型ダンピング構造でもよ
く、耐熱性繊維マットと鋼板とが接触している構成であ
る。ただし、制振作用は制振樹脂層のせん断変形ではな
く、伸び変形であることが先の拘束型ダンピング構造の
制振鋼板とは異なる。

【００２９】また、制振鋼板は耐熱性繊維マットの最も
振幅の大きい所にあればよく、耐熱性繊維マットの裏面
全体になくても十分効果が期待できる。

【００３０】（実施例２）図２は本発明の実施例２の燃
焼装置の断面図である。

【００３１】実施例１と異なる点は制振樹脂３１を耐熱
性繊維マット３２の裏面と鋼板３３とに挟んで接着し、
炎口３４を耐熱性繊維マット３２と制振樹脂３１および
鋼板３３とに貫通して開口したことである。

【００３２】なお実施例１と同一符号のものは同一構造
を有し、説明は省略する。次に、何らかの原因で、予混
合気の濃度が予混合火炎のリフトしやすい空気過剰にな
った場合について説明する。この時、予混合火炎の不安
定化が反応量変動を増加させ、温度変動や圧力変動を発
生させる。そして、大きな圧力変動が耐熱性繊維マット
３２に膜の横振動を誘発する。この耐熱性繊維マット３
２の膜の横振動は直接制振樹脂３１層に伝わり、制振樹
脂３１層は耐熱性繊維マット１４と鋼板３３とに拘束さ
れているので、耐熱性繊維マット３２の膜の横振動のエ
ネルギーは制振樹脂３１層のせん断変形により効率よく
吸収される。すなわち、耐熱性繊維マット３２と制振樹
脂３１が直接接着されているので、共振の原因となる耐
熱性繊維マット３２の膜の横振動が確実に解消されるの
で、振動燃焼が防止できる。

【００３３】また、耐熱性繊維マット３２と制振樹脂３
１および鋼板３３は接着により一体構成されている、言
い換えると、拘束型ダンピング構造の略制振鋼板化され
ているので、実施例１に比べてボルトナット２７の本数
を減らしても、耐熱性繊維マット３２の反り等の大きな
変形やしわを阻止できる。

【００３４】（実施例３）図３は本発明の実施例３の燃
焼装置の要部拡大斜視断面図である。

【００３５】実施例１と異なる点は耐熱性繊維マット３
５と制振鋼板３６に貫通して炎口３７を開口し、また、
制振鋼板３６に炎口３７の間隙に縫い合わせ接合用の縫
い合わせ口３８をも開口したことである。そして、ボル
トナットの代わりに、工業用ミシンを用いて、縫い合わ
せ用糸３９で縫い合わせ口３８にしたがって、耐熱性繊
維マット３５の裏に制振鋼板３６を縫い合わせ接合して
いる。また、縫い合わせ用糸３９は耐熱性のある素材、
例えば鉄、クロム等の合金であるカンタルの単線やセラ
ミックス繊維の撚り糸や単線が用いられる。

【００３６】なお実施例１と同一符号のものは同一構造
を有し、説明は省略する。次に、何らかの原因で予混合
気の濃度が理論空気比近傍になった場合ついて説明す
る。この時、予混合火炎が炎口３７の近傍に移動するの
で、耐熱性繊維マット３５の表面は温度上昇して赤熱す
る。そして、耐熱性繊維マット３５には熱膨張による熱
応力が生じるが、縫い合わせ用糸３９を介して制振鋼板
３６の抗力が耐熱性繊維マット３５の反り等の大きな変
形を阻止できる。また、縫い合わせ用糸３９は耐熱性繊
維マット３５とは線接触している、すなわち、縫い合わ
せ用糸３９は鋼板２８、２９の抗力を耐熱性繊維マット
３５の広い範囲に作用するので、耐熱性繊維マット３５
のしわの発生が抑制できる。また、同様に制振鋼板３６
の制振能力を実施例１に比べて有効に活用できる。さら
に、耐熱性繊維マット３５と制振鋼板３６との一体化は
ボルトナットよりも、例えば工業用ミシンを用いた縫い
合わせの方が簡単に、高能率に行える。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、次のよう
な有利な効果を有する。

【００３８】（１）鋼板と制振樹脂とから構成された制
振鋼板を耐熱性繊維マットの裏面に一体に固設したの
で、共振の原因となる耐熱性繊維マットの膜の横振動が
解消され振動燃焼が抑制できる。

【００３９】（２）制振樹脂を耐熱性繊維マットの裏面
と鋼板とに挟み接着したので、共振の原因となる耐熱性
繊維マットの膜の横振動が確実に解消され振動燃焼が防
止できる。

【００４０】（３）鋼板を耐熱性繊維マットの裏面に縫
い合わせ接合したので、縫い合わせ部は鋼板の抗力を耐
熱性繊維マットの広い範囲に作用させ、耐熱性繊維マッ
トのしわの発生を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の燃焼装置の断面図

【図２】本発明の実施例２の燃焼装置の断面図

【図３】本発明の実施例３の燃焼装置の要部拡大斜視断
面図

【図４】従来の燃焼装置の断面図

【符号の説明】

１４、３２、３５ 耐熱性繊維マット １５、３４、３７ 炎口 １６ ケーシング １７ 混合ガス室 ２６、３６ 制振鋼板 ２８、２９、３３ 鋼板 ３０、３１ 制振樹脂

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空気と燃料を混合し、混合ガスを形成する
   混合ガス室と、前記混合ガス室を包囲するケーシング
   と、前記混合ガス室の下流側に設置し、燃焼面を構成す
   る耐熱性繊維マットと、前記耐熱性繊維マットの裏面に
   一体とし、前記耐熱性繊維マットの振動を抑制する制振
   鋼板と、前記耐熱性繊維マットと前記制振鋼板とに貫通
   して開口した炎口とを有する燃焼装置。
2. 【請求項２】制振鋼板は鋼板と制振樹脂により構成され
   た請求項１記載の燃焼装置。
3. 【請求項３】制振樹脂を耐熱性繊維マットの裏面と鋼板
   とに挟まれ、接着された制振鋼板を用いた請求項１記載
   の燃焼装置。
4. 【請求項４】空気と燃料を混合し、混合ガスを形成する
   混合ガス室と、前記混合ガス室を包囲するケーシング
   と、前記混合ガス室の下流側に設置し、燃焼面を構成す
   る耐熱性繊維マットと、前記耐熱性繊維マットの裏面に
   縫い合わせ接合された鋼板と、前記耐熱性繊維マットと
   前記鋼板とに貫通して開口した炎口とを有する燃焼装
   置。
5. 【請求項５】耐熱性繊維マットが膜の横振動を誘発され
   たとき、制振鋼板が耐熱性繊維マットの膜の横振動のエ
   ネルギーを吸収して振動を抑制する請求項１から３のい
   ずれか１項記載の燃焼装置。