JP2001324110A

JP2001324110A - 燃焼装置

Info

Publication number: JP2001324110A
Application number: JP2000147240A
Authority: JP
Inventors: Hideki Koseki; 秀規小関; Minoru Sato; 稔佐藤; Tetsuya Honda; 哲也本田; Hiroaki Nakamune; 浩昭中宗; Takao Morizaki; 隆雄森崎; Kenro Mitsuta; 憲朗光田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-05-19
Filing date: 2000-05-19
Publication date: 2001-11-22

Abstract

(57)【要約】【課題】２次火炎長さを短くして、完全燃焼に必要な
燃焼室の体積を小さく、高さを低くでき、コンパクト化
が可能な燃焼装置を提供する。【解決手段】液体燃料を気化する気化手段１と、前記
気化手段に液体燃料を供給する液体燃料供給手段３と、
前記気化手段に空気を供給する第１の空気供給手段１ａ
と、前記気化手段に連通し、前記気化手段により気化さ
れた燃料と前記第１の空気供給手段により供給された空
気よりなる予混合気を噴出して予混合火炎１７が形成さ
れる炎口１１と、前記予混合火炎の周囲に設けられる保
炎リング８と、前記保炎リングの周囲に設けられて燃焼
室を構成する燃焼シリンダ１３と、前記予混合火炎の下
流に空気を供給する第２の空気供給手段２２，２３，２
４と、前記保炎リングと炎口との間で予混合火炎の上流
に空気を供給する第３の空気供給手段２０，２１とを備
えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体燃料を使用し
一般に温風暖房機とも言われる燃焼装置に関するもので
あり、特にコンパクト化に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は例えば特開平１１−０６３４７２
号公報に示される従来のこの種の燃焼装置のバーナ構成
を示す縦断面図であり、上記公報では記載されていない
が一般に備えられている部品を説明のため追加したもの
である。図６において、１は電気ヒータ２が一体に組み
込まれた気化筒、３は液体燃料を供給する燃料供給パイ
プであり、その先端は気化筒１の側面に設けられた真円
形状の開口部１ａに挿入されている。４は気化筒を囲む
様に設置された気化筒カバーで、その下方に設けられた
燃焼エアー用ブロア（図示せず）から供給される１次空
気を開口部１ａに導くガイドとなっている。５は気化筒
１内を区分するための分割板、６は開口部１ａから供給
された１次空気と燃料との混合ガスを整流する整流板、
７は火炎をその周上に形成するためのバーナヘッド、１
１はバーナヘッド７の側面に設けられた炎口であり、周
方向に多数個設置されている。１２はバーナヘッド７の
側面で且つ炎口１１の外表面に設置されたメッシュであ
る。８は火炎安定性確保のための保炎リング、９は炎検
知器、１０は点火プラグである。１３は保炎リング８の
周囲に設けられた燃焼シリンダでその内部は燃焼室とな
る。１７は炎口１１近傍に形成される予混合火炎（１次
火炎）、１８は燃焼シリンダ１３内に形成される２次火
炎である。

【０００３】次に動作について説明する。冷起動時、す
なわち気化筒１の温度（温度センサは図示せず）が液体
燃料（例えば灯油）の気化に必要な温度（概ね２２０
℃）以下の場合は、まず、電気ヒータ２に通電し、気化
筒１を予熱昇温する。次に、前記温度条件を満足後、燃
料供給パイプ３から気化筒１内へ液体燃料が供給される
とともに、開口部１ａの燃料供給パイプ３の周囲から１
次空気が供給される。液体燃料は１次空気によって微粒
化され混合気となって、電気ヒータ２により高温に維持
された気化筒１の内壁に衝突して気化する。気化燃料と
１次空気が混合して形成される予混合気は分割板５およ
び整流板６を通り、バーナヘッド７周上に多数設けられ
た小口径の炎口１１から噴出し、点火プラグ１０によっ
て点火されて予混合火炎１７を形成する。

【０００４】この時、予混合火炎１７を安定化させるた
めに、１次空気量は供給される燃料を完全に燃焼できる
だけの量は供給していない。具体的には１次空気過剰率
は約０.８に設定される。更に必要な燃焼空気は、例え
ば特開平５−００１８５２号公報によると、燃焼シリン
ダ１３の外部に設けられたファン（図示せず）から例え
ば燃焼シリンダ１３下部周面に設けた空気供給口より燃
焼シリンダ１３内に流入することで供給される。その結
果、燃焼シリンダ内には２次火炎１８が形成されて、完
全燃焼する。この時の２次火炎１８は保炎リング１７の
上端から燃焼シリンダ１３の天面開口近くまで長く伸び
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の燃焼装置では、燃焼シリンダ１３外部に設けられ
たファンからの空気が燃焼シリンダ１３内に流入するよ
うに構成することで完全燃焼していた。このような構成
では、単に燃焼シリンダ１３という円筒部品を用いて燃
焼室を形成することで安価にはできるが、完全燃焼する
のに必要な燃焼室体積が大きく、燃焼室高さが高くな
り、その結果燃焼装置全体も大きくなるという問題があ
った。

【０００６】また、燃焼シリンダ１３外部に設けられた
ファンからの空気が燃焼シリンダ１３内に流入する時
に、空気の流入の仕方によっては、反応途中の燃焼ガス
を冷却し、その結果人体に有害なＮＯ₂を発生しやすく
なる場合もあり、その空気流入の制御が難しいという問
題もあった。

【０００７】本発明は、上記のような従来のものの問題
点を改善するためになされたものであり、完全燃焼に必
要な空気を予混合火炎近傍に適切に導入することで、２
次火炎長さを短くして、完全燃焼に必要な燃焼室の体積
を小さく、高さを低くでき、コンパクト化が可能な燃焼
装置を提供することを第１の目的とする。また、有害な
ＮＯ_x（ＮＯ₂）の発生量を少なくできる燃焼装置を提供
することを第２の目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の構成に係
る燃焼装置は、液体燃料を気化する気化手段と、前記気
化手段に液体燃料を供給する液体燃料供給手段と、前記
気化手段に空気を供給する第１の空気供給手段と、前記
気化手段に連通し、前記気化手段により気化された燃料
と前記第１の空気供給手段により供給された空気よりな
る予混合気を噴出して予混合火炎が形成される炎口と、
前記予混合火炎の周囲に設けられる保炎リングと、前記
保炎リングの周囲に設けられて燃焼室を構成する燃焼シ
リンダと、前記予混合火炎の下流に空気を供給する第２
の空気供給手段と、前記保炎リングと炎口との間で予混
合火炎の上流に空気を供給する第３の空気供給手段とを
備えたものである。

【０００９】また、本発明の第２の構成に係る燃焼装置
は、第１の構成に加えて、第３の空気供給手段は保炎リ
ングと炎口の間に開口したリング状のスリットであるも
のである。

【００１０】また、本発明の第３の構成に係る燃焼装置
は、第１の構成に加えて、第３の空気供給手段の保炎リ
ングと炎口の間への開口総面積は炎口総面積の１倍以上
かつ２倍以下に設定されるものである。

【００１１】また、本発明の第４の構成に係る燃焼装置
は、第１の構成に加えて、第３の空気供給手段から供給
される空気は、炎口に立てた垂線に対して４５゜の角度
で供給されるものである。

【００１２】また、本発明の第５の構成に係る燃焼装置
は、第１の構成に加えて、第３の空気供給手段によって
供給される空気流量は、第１の空気供給手段によって供
給される空気流量の１／８以下であるものである。

【００１３】また、本発明の第６の構成に係る燃焼装置
は、第１の構成に加えて、第２の空気供給手段によって
供給される空気流量は、第１の空気供給手段によって供
給される空気流量の１／２以上であるものである。

【００１４】

【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による燃焼装置の要部の構成を示す縦断面図
である。図において、１は液体燃料を気化する気化手段
に相当する気化筒であり、電気ヒータ２が一体に組み込
まれている。３は気化筒１に液体燃料を供給する液体燃
料供給手段に相当する燃料供給パイプであり、その先端
は気化筒１の側面に設けられた真円形状の開口部１ａに
挿入されている。また、この開口部１ａは気化筒１に空
気を供給する第１の空気供給手段に相当する第１の空気
供給口ともなっている。４は気化筒１を囲む様に設置さ
れた気化筒カバー、５は気化筒１内を区分するための分
割板である。

【００１５】７は火炎をその周上に形成するためのバー
ナヘッドであり、その側面には炎口１１が周方向に多数
個設置され、炎口１１から気化筒１により気化された燃
料と開口部１ａにより供給された空気よりなる予混合気
を噴出して予混合火炎１７が形成される。８は火炎安定
性確保のための保炎リングであり、予混合火炎１７の周
囲に設けられる。１３は保炎リング８の周囲に設けられ
た燃焼シリンダであり、その内部は燃焼室となる。１８
は２次火炎である。

【００１６】２０は第３の空気供給口であり、本実施の
形態では、保炎リング８と炎口１１の間に開口したリン
グ状のスリットである。２１は外周２次空気の供給方向
を制御する外周２次空気案内板である。第３の空気供給
口２０と外周２次空気案内板２１とで保炎リング８と炎
口１１との間で予混合火炎１７の上流に空気（外周２次
空気）を供給する第３の空気供給手段を構成する。本実
施の形態では予混合火炎１７の下方から空気が供給され
る。

【００１７】２２は気化筒１の中心軸に沿って設けられ
た中心２次空気供給路、２３は第２の空気供給口、２４
は中心２次空気供給路２２を通って第２の空気供給口２
３から供給された中心２次空気の流れを半径外周方向に
曲げる中心２次空気案内板である。中心２次空気供給路
２２と第２の空気供給口２３と中心２次空気案内板２４
とで炎口１１の上方で予混合火炎１７の下流に空気（中
心２次空気）を供給する第２の空気供給手段を構成す
る。中心２次空気案内板２４は保炎リング８内で第２の
空気供給口２３の上方に、保炎リング８および第２の空
気供給口２３との間に隙間を有するように配置されてお
り、第２の空気供給口２３から供給された中心２次空気
はこの隙間を通って炎口の上方で予混合火炎の下流側に
導かれる。また、中心２次空気案内板２４は第２の空気
供給口２３に対向する部分が例えば半球状に凹んだ形状
を有している。気化筒カバー４が、燃焼エアー用ブロア
（図示せず）から供給される空気を第１、第３の空気供
給口１ａ、２０および中心２次空気供給路２２に導くガ
イドとなっている。

【００１８】次に動作について説明する。予混合火炎形
成については従来と同様である。燃料供給パイプ３から
気化筒１内へ液体燃料が供給されるとともに、第１の空
気供給口である開口部１ａの燃料供給パイプ３の周囲か
ら１次空気が供給される。液体燃料は１次空気によって
微粒化され混合気となって、電気ヒータ２により高温に
維持された気化筒１の内壁に衝突して気化する。気化燃
料と１次空気が混合して形成される予混合気は分割板５
を通り、バーナヘッド７周上に多数設けられた小口径の
炎口１１から噴出し、点火プラグ（図示せず）によって
点火されて予混合火炎１７を形成する。

【００１９】次に、燃焼エアー用ブロア（図示せず）か
ら気化筒カバー４と気化筒１との間に供給された空気の
一部は第２の空気供給口２０を通過し外周２次空気案内
板２１により方向を決定されて下方より予混合火炎１７
に供給される。この時、予混合火炎の１次空気過剰率は
約０.８であり、第３の空気供給口２０からの空気（外
周２次空気）の空気過剰率は約０.１以下程度である。
両者の合計は約０．９以下程度となってここまでの段階
では通常完全燃焼させるのに必要な空気過剰率（１．
２）よりも若干少ない空気量が供給されることになる。
また、中心２次空気通路２２を通過した空気（中心２次
空気）は中心２次空気案内板２４によって半径方向外側
に曲げられ、下から上昇してくる燃焼ガスと混合する。
その結果、このすぐ下流にて燃料は完全に燃焼されて２
次火炎１８はここで消滅し、コンパクトな燃焼が実現で
きる。燃焼シリンダ１３からの燃焼ガスは、対流用送風
機（図示せず）から送られる対流用空気と混合して、温
風として室外に吹き出される。

【００２０】なお、第２の空気供給口２３から供給され
る中心２次空気流量は第１の供給口１ａから供給される
１次空気流量の１／２以上にする。中心２次空気流量を
１次空気流量の１／２以上にすることで、仮に長期間の
使用により、ブロア吸い込み口に設置した空気フィルタ
（図示せず）がある程度目詰まりして１次空気と第３の
空気供給口２０から供給される外周２次空気が幾分減少
しても完全燃焼でき且つコンパクトな燃焼が可能となる
だけの空気量が確保される。

【００２１】また、本実施の形態では第３の空気供給口
２０をリング状のスリットとしているので、周方向に均
一に燃焼空気を供給することができ、周方向の空気流量
の偏りをなくすことができて、火炎の長さが部分的に長
くなるのを防止することができる。しかし、リング状に
連続して設けられたスリットに限定されるものではな
く、複数個に分断されていてもよいのは言うまでもな
い。

【００２２】また、第３の空気供給口２０の保炎リング
８と炎口１１の間への開口総面積を炎口１１総面積の１
倍以上かつ２倍以下にすることで、適正な空気流速にす
ることができる。すなわち、第３の空気供給口２０の開
口総面積が炎口１１総面積の１倍よりも小さいと、空気
流速が大き過ぎて予混合火炎を乱し、かえって燃焼反応
を凍結させ、その結果ＣＯ排出濃度が高くなりやすくな
る。一方、第３の空気供給口２０の開口総面積が炎口１
１総面積の２倍よりも大きいと、空気流速が小さ過ぎて
空気が予混合火炎１７に到達せず、予混合火炎１７に空
気供給がなされずに火炎長さが長くなり、コンパクトな
燃焼ができにくくなる。

【００２３】図２は第３の空気供給口２０からの外周２
次空気の保炎リング８と炎口１１の間への導入角度と火
炎長さとの関係を示したものである。導入角度は炎口１
１に立てた垂線方向でバーナ中心軸に向かう方向を０
゜、上記垂線に直交する方向で図１において上方向を９
０゜としている。導入角度が小さい方が、すなわち導入
空気を予混合火炎１７により真っ向からきつく当てる方
が火炎長さを短くできることが分かる。

【００２４】図３は第３の空気供給口２０からの外周２
次空気の保炎リング８と炎口１１の間への導入角度と燃
焼ガス中のＮＯ₂濃度との関係を示したものである。図
２では、導入角度が小さい方が火炎長さを短くできるこ
とが分かったが、図３より、外周２次空気の導入角度を
小さくする過程で最小のＮＯ₂濃度が得られる角度が存
在していることが分かる。すなわち、導入角度が約４５
度でＮＯ₂濃度を最小にできる。導入角度が小さ過ぎる
と空気希釈および冷却により局所的にＮＯ₂が生成しや
すい状況、すなわち未燃のハイドロカーボンの存在と燃
焼雰囲気温度約８００℃の状況が生じていると推定され
る。

【００２５】以上、図２および図３を用いて説明したよ
うに、火炎長さを短くしつつ、ＮＯ ₂濃度を小さくする
には、導入角度を約４５゜にするのが良い。

【００２６】図４は第３の空気供給口２０による空気で
ある外周２次空気流量の空気過剰率（外周２次空気過剰
率）と燃焼ガス中のＮＯ_x濃度の関係の１例を示したも
のである。図４より、外周２次空気過剰率が大きいほ
ど、ＮＯ_x濃度は大きいことが分かる。これは予混合火
炎１７の空気過剰率（１次空気過剰率）が０．８程度に
設定されるため、外周２次空気過剰率を０から増大する
につれて理論混合比に近づくため、火炎温度が上昇して
燃焼空気中の窒素の酸化が活発になるためである。ま
た、外周２次空気を供給しなくてもＣＯ濃度にほとんど
変化は見られない。これは第２の空気供給口２３からの
中心２次空気の供給によって完全燃焼されるからであ
る。但し、燃焼量を例えば定格の１／１０程度に小さく
した場合、外周２次空気を供給しない場合はＣＯの排出
が増大するので、外周２次空気は供給した方が良い。そ
こで、本実施の形態では、定格燃焼量の時には外周２次
空気は若干量、すなわち外周２次空気過剰率で０．１以
下程度、１次空気流量の１／８以下程度の外周２次空気
流量を供給するが、燃焼量を小さくした場合は、低ＣＯ
を保つために全体の空気過剰率を幾分（例えば３０％〜
４０％程度）大きくして運転する。この時の１次空気過
剰率と外周２次空気過剰率の割合は、定格燃焼量の時の
それと同じに保たれる。また、燃焼量によらず外周２次
空気の割合が１次空気の１／８以下と小さいので、それ
による予混合火炎１７の乱れが小さく燃焼騒音も小さ
い。

【００２７】なお、保炎リング８は予混合火炎１７から
の熱で赤熱し、輻射で周囲にその熱を放出している。こ
れは火炎温度および火炎後流の局所的に高温となってい
る燃焼ガス温度を下げる働きがあり、窒素酸化物を下げ
る上で有効に働く。

【００２８】実施の形態２.図５は本発明の実施の形態
２による燃焼装置の要部の構成を模式的に示す縦断面図
である。図１では外周２次空気案内板２１を燃焼シリン
ダ１３と一体に形成したが、図５に示すように外周２次
空気案内板２１と保炎リング８を一体としてもよい。

【００２９】なお、実施の形態１では炎口１１は周方向
に１段に設けられており、実施の形態２では２段に設け
られている場合について示したが、何段に設けられてい
てもよく、複数段に設けられている場合は、第２の空気
供給手段は最上段の炎口１１に形成される予混合火炎の
下流に空気を供給し、第３の空気供給手段は最下段の炎
口１１に形成される予混合火炎の上流に空気を供給する
ように構成する。

【００３０】また、上記各実施の形態では特に示さなか
ったが、図６に示した従来技術の場合と同様に、気化筒
１に開口部１ａ（第１の空気供給口）から供給された１
次空気と燃料との混合ガスを整流する整流板６を設けた
り、バーナヘッド７の側面で且つ炎口１１の外表面に逆
火を防止するメッシュ１２を設けたりしてもよい。

【００３１】

【発明の効果】本発明の第１の構成によれば、液体燃料
を気化する気化手段と、前記気化手段に液体燃料を供給
する液体燃料供給手段と、前記気化手段に空気を供給す
る第１の空気供給手段と、前記気化手段に連通し、前記
気化手段により気化された燃料と前記第１の空気供給手
段により供給された空気よりなる予混合気を噴出して予
混合火炎が形成される炎口と、前記予混合火炎の周囲に
設けられる保炎リングと、前記保炎リングの周囲に設け
られて燃焼室を構成する燃焼シリンダと、前記予混合火
炎の下流に空気を供給する第２の空気供給手段と、前記
保炎リングと炎口との間で予混合火炎の上流に空気を供
給する第３の空気供給手段とを備えたので、コンパクト
な燃焼が可能となり、燃焼装置のコンパクト化が可能と
なる。

【００３２】また、本発明の第２の構成によれば、第１
の構成に加えて、第３の空気供給手段は保炎リングと炎
口の間に開口したリング状のスリットであるので、周方
向に均一に空気を供給して周方向の空気流量の偏りをな
くすことができ、火炎長さが部分的に長くなるのを防止
することができる。

【００３３】また、本発明の第３の構成によれば、第１
の構成に加えて、第３の空気供給手段の保炎リングと炎
口の間への開口総面積は炎口総面積の１倍以上かつ２倍
以下に設定されるので、予混合火炎を乱すことなくまた
空気の予混合火炎への到達が不足することもないので、
低ＣＯで火炎長さも短くすることができる。

【００３４】また、本発明の第４の構成によれば、第１
の構成に加えて、第３の空気供給手段から供給される空
気は、炎口に立てた垂線に対して４５゜の角度で供給さ
れるので、燃焼状態を悪化させることなく空気供給がで
き、火炎長さを短くしつつ、ＮＯ₂濃度を小さく押さえ
ることができる。

【００３５】また、本発明の第５の構成によれば、第１
の構成に加えて、第３の空気供給手段によって供給され
る空気流量は、第１の空気供給手段によって供給される
空気流量の１／８以下であるので、排出されるＮＯｘ濃
度が低くしかも燃焼騒音の低い燃焼装置が得られる。

【００３６】また、本発明の第６の構成によれば、第１
の構成に加えて、第２の空気供給手段によって供給され
る空気流量は、第１の空気供給手段によって供給される
空気流量の１／２以上であるので、仮に長期間の使用に
より、ブロア吸い込み口に設置した空気フィルタがある
程度目詰まりして第１と第３の空気供給口から供給され
る空気が幾分減少しても完全燃焼でき且つコンパクトな
燃焼が可能となるだけの空気量を確保することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による燃焼装置の要部
の構成を示す縦断面図である。

【図２】本発明の実施の形態１に係り、外周２次空気
の導入角度と火炎長さとの関係を示す図である。

【図３】本発明の実施の形態１に係り、外周２次空気
の導入角度と燃焼ガス中のＮＯ₂濃度との関係を示す図
である。

【図４】本発明の実施の形態１に係り、外周２次空気
の空気過剰率と燃焼ガス中のＮＯ_x濃度との関係を示す
図である。

【図５】本発明の実施の形態２による燃焼装置の要部
の構成を示す縦断面図である。

【図６】従来の燃焼装置の要部の構成を一部断面で示
す図である。

【符号の説明】

１気化筒、１ａ第１の空気供給口、２電気ヒー
タ、３液体燃料供給パイプ、４気化筒カバー、５
分割板、６整流板、７バーナヘッド、８保炎リン
グ、９炎検知器、１０点火プラグ、１１炎口、１
２メッシュ、１３燃焼シリンダ、１７予混合火
炎、１８２次火炎、２０第３の空気供給口、２１
外周２次空気案内板、２２中心２次空気通路、２３
第２の空気供給口、２４中心２次空気案内板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者本田哲也東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者中宗浩昭東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者森崎隆雄東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者光田憲朗東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内Ｆターム(参考） 3K052 AA06 AB12 AC05 BA19 BA22 EB10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体燃料を気化する気化手段と、前記気
化手段に液体燃料を供給する液体燃料供給手段と、前記
気化手段に空気を供給する第１の空気供給手段と、前記
気化手段に連通し、前記気化手段により気化された燃料
と前記第１の空気供給手段により供給された空気よりな
る予混合気を噴出して予混合火炎が形成される炎口と、
前記予混合火炎の周囲に設けられる保炎リングと、前記
保炎リングの周囲に設けられて燃焼室を構成する燃焼シ
リンダと、前記予混合火炎の下流に空気を供給する第２
の空気供給手段と、前記保炎リングと炎口との間で予混
合火炎の上流に空気を供給する第３の空気供給手段とを
備えたことを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】第３の空気供給手段は保炎リングと炎口
の間に開口したリング状のスリットであることを特徴と
する請求項１記載の燃焼装置。
【請求項３】第３の空気供給手段の保炎リングと炎口
の間への開口総面積は炎口総面積の１倍以上かつ２倍以
下に設定されることを特徴とする請求項１記載の燃焼装
置。
【請求項４】第３の空気供給手段から供給される空気
は、炎口に立てた垂線に対して４５゜の角度で供給され
ることを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。
【請求項５】第３の空気供給手段によって供給される
空気流量は、第１の空気供給手段によって供給される空
気流量の１／８以下であることを特徴とする請求項１記
載の燃焼装置。
【請求項６】第２の空気供給手段によって供給される
空気流量は、第１の空気供給手段によって供給される空
気流量の１／２以上であることを特徴とする請求項１記
載の燃焼装置。