JP2005083717A

JP2005083717A - ジメチルエーテル燃焼器

Info

Publication number: JP2005083717A
Application number: JP2003319491A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Suganuma; 良一菅沼; Toyoyuki Hirayama; 豊之平山
Original assignee: Asahi Seisakusho Co Ltd
Current assignee: Asahi Seisakusho Co Ltd
Priority date: 2003-09-11
Filing date: 2003-09-11
Publication date: 2005-03-31

Abstract

【課題】ジメチルエーテルを充填したカセットボンベを使用するカセットこんろ、ガスヒータ等のジメチルエーテル燃焼器であって、家庭内で安全に使用できるようにホルムアルデヒドの発生を抑制する手段を設けたジメチルエーテル燃焼器を提供する。
【解決手段】カセットボンベに充填されたジメチルエーテルを所定圧に調整された燃料ガスとして供給する圧力調整器と、該圧力調整器から受け入れた燃料ガスと空気を吸入して混合気となす混合管と、該混合管から供給される混合ガスを二次空気とともに燃焼させる燃焼バーナとを具備するジメチルエーテル燃焼器において、圧力調整器から混合管へ供給される燃料ガスの流量がホルムアルデヒド発生許容限界流量となったときに流路を遮断する燃料ガス調整機構を設けてなる。
【選択図】図１２

Description

本発明は、ジメチルエーテルを使用するカセットこんろやガスヒータ等のジメチルエーテル燃焼器に係り、特にホルムアルデヒドが発生し難いジメチルエーテル燃焼器に関する。

ジメチルエーテルは、石炭、天然ガスやバイオマス等様々な原料から製造され、燃焼時において有害な粒子状物質を排出せずSO_XやNO_Xの排出量も少なく取扱い性にも優れるという特性を有する。このことから家庭用のカセットこんろや、ガスヒータのクリーン燃料として期待されている。

しかしながら、ジメチルエーテルは燃焼時にホルムアルデヒドが発生するという問題があり、その発生量を低減することが必要である。例えば、特許文献１には、メタノールあるいはジメチルエーテルまたは炭化水素系の燃焼ガスを改質して燃料電池に水素を供給する燃料電池システムにおいて、燃焼器の始動直後に発生する未燃のメタノールやホルムアルデヒドを減少させる手段が提案されている。
特開2001-106506号公報

しかし、ジメチルエーテルを燃料とするカセットこんろやガスヒータに関し、ホルムアルデヒドの排出又は発生を抑制する手段を設けたものの提案はない。

本発明は、ジメチルエーテルを充填したカセットボンベを使用するカセットこんろ、ガスヒータ等のジメチルエーテル燃焼器であって、家庭内で安全に使用できるようにホルムアルデヒドの発生を抑制する手段を設けたジメチルエーテル燃焼器を提供することを目的とする。

本発明者等は、ジメチルエーテルの燃焼においては燃料供給量が絞られた状態、すなわち、とろ火の状態でホルムアルデヒドが発生しやすいということに着目し、燃焼試験を基にそのようなホルムアルデヒドの発生し易い状態を避ける手段を燃焼器に設けることによって本発明の目的を達成するようにした。

本発明に係るジメチルエーテル燃焼器は、カセットボンベに充填されたジメチルエーテルを所定圧に調整された燃料ガスとして供給する圧力調整器と、該圧力調整器から受け入れた燃料ガスと空気を吸入して混合気となす混合管と、該混合管から供給される混合ガスを二次空気とともに燃焼させる燃焼バーナとを具備するジメチルエーテル燃焼器において、圧力調整器から混合管へ供給される燃料ガスの流量がホルムアルデヒド発生許容限界流量となったときに流路を遮断する燃料ガス調整機構を設けてなる。

具体的には、コックの回転により流路断面積を変化させて燃料ガス流量を調整する流量調整弁と、弁体の移動により燃料ガス流路の開閉を行う開閉弁とを備えた燃料ガス調整機構を有するジメチルエーテル燃焼器であって、前記弁体には閉方向に付勢する弁体バネを備え、前記コックの回転軸に固定されたドライバプレートと前記弁体に一体に結合された弁体側フォロアにより構成され、前記弁体バネに抗して弁体を開方向に移動可能とする第１カム装置を備え、前記弁体の頭部前面には該弁体の移動方向と直角方向に出入り可能な弁体ストッパピンを備え、該弁体ストッパピンにはそれを前記弁体の頭部前に押し込むように付勢するストッパピンバネを備え、前記コックの回転軸に固定されたドライバプレートと前記弁体ストッパピンに一体に結合されたストッパピン側フォロアにより前記ストッパピンバネに抗して前記弁体ストッパピンを弁体の頭部前から引き抜くようにする第２カム装置を備え、前記コックの回転により燃料ガス流量を調整するとともに、該コックの回転と同期させて前記ドライバプレートを回転させて前記第１カム装置により燃料ガス流路を開くとともに、前記弁体ストッパピンを前記弁体頭部前に生じた隙間に入り込ませて点火状態を維持できるようにし、点火後の燃料ガス絞り操作過程で絞り量がホルムアルデヒド発生許容限界流量に達したときに第２カム装置により前記弁体ストッパピンを弁体頭部前から引き抜き、弁体を燃料ガス流路遮断状態におく燃料ガス調整機構を有するジメチルエーテル燃焼器である。

また、本発明に係るジメチルエーテル燃焼器は、コックの回転により流路断面積を変化させて燃料ガス流量を調整する流量調整弁と、該流量調整弁から混合管への流路の開閉を行う電磁切換弁と、前記コックの回転軸の回転量を検知するポテンショメータと、該ポテンショメータからの着火後の信号が所定値以上であると燃焼を継続し、所定値未満であると流路を閉じるように前記電磁切換弁を制御するコントローラとを有する燃料ガス調整機構を設けてなる。

さらに、圧力調整器からの燃料ガスを所定流量に調整して混合管へ供給する流量調整弁と、前記流量調整弁から混合管への流路の開閉を行う電磁切換弁と、火炎の長さを検知するフレームロッドと、該フレームロッドからの着火後の信号が所定値以上であると燃焼を継続し、所定値未満であると流路を閉じるように前記電磁切換弁を制御するコントローラとを有する燃料ガス調整機構を設けたものでもよい。

圧力調整器からの燃料ガスを弱火、強火の所定流量に調整する絞り弁と、該絞り弁のいずれかを選択開放し混合管へ燃料ガスを供給するように操作する選択レバーと、該選択レバーをリセットし開放した絞り弁を閉じるように操作する消火レバーを備えたレバー機構とを有する燃料ガス調整機構を設けたものでもよい。

本発明によるジメチルエーテル燃焼器は、ホルムアルデヒドの発生を抑える手段を有し、燃焼時において有害な粒子状物質を排出せずSO_XやNO_Xの排出量も少なく家庭内で安全に使用することができる。

本発明者は、市販のカセットこんろにジメチルエーテルを充填したカセットボンベを装着して燃焼試験を行い、燃料ガス流量Ｑとホルムアルデヒドの発生濃度Cとの関係を調査し、図１の結果を得た。図１によると着火限界流量のＸではホルムアルデヒドの発生濃度は0.25ppmであるが、流量が増大するとホルムアルデヒドの発生濃度は激減し、流量Ｙで0.05ppmとなる。流量Ｙを越えるとホルムアルデヒドの発生濃度は最大流量Ｚに至るまでほぼ一定である。なお、この実験においては、カセットこんろに水を満たした鍋をかけ、着火15分後に鍋の外周に沿い、鍋の上縁から鍋の高さの1/3の高さで、鍋の側面から3cm離れた全周に亘ってできるだけ平均に燃焼排ガスを採取し、北川式検知管によりホルムアルデヒド濃度を測定した。また、このカセットこんろの総炎口面積は130mm²であり、最大仕事率は2.3kWであった。燃焼ガスの採取方法及び最大仕事率の求め方はJIS S2147に準じた。

上記結果から、カセットこんろのホルムアルデヒド発生濃度は燃料ガス流量に依存し、ホルムアルデヒド発生濃度を所定値以下にするには燃料ガスの供給量を一定範囲に制限すればよいことが分かる。すなわちこのカセットコンロでは、例えば、ホルムアルデヒドの濃度を0.08ppm以下にするには燃料ガス流量が標準状態で5l/min以上で燃焼させるようにすればよい。

上記の例に示すようにホルムアルデヒドの発生濃度を許容範囲内に抑えるには、個々の燃焼バーナについて燃焼試験を行ってホルムアルデヒド発生曲線を求め、その曲線からホルムアルデヒド発生許容限界値、例えば上記のホルムアルデヒド濃度が0.08ppmとなる燃料ガス流量5l/min（標準状態）を求め、この燃料ガス流量Q＝5l/min（標準状態）以上の範囲で燃焼させるようにすればよい。

本発明に係るジメチルエーテル燃焼器は、このようにホルムアルデヒド発生許容限界値以上の範囲で燃焼させるような燃料ガス調整機構を有する。図２に本発明に係るジメチルエーテル燃焼器を用いたカセットこんろを示す。カセットこんろ１は、圧力調整器2と混合管5と燃焼バーナ6とを有し、圧力調整器2から混合管5へ供給する燃料ガスを調整する燃料ガス調整機構10が設けられている。圧力調整器2、混合管5及び燃焼バーナ6は公知のものでよい。圧力調整器2はカセットボンベに充填されたジメチルエーテルを所定圧の燃料ガスに調整し、混合管5は圧力調整器2から供給された燃料ガスと空気を吸入して混合気を生成する機能を有し、その混合気を燃焼バーナ6で二次空気とともに燃焼させる。

燃料ガス調整機構10は、図３〜６に示すように圧力調整器2から供給される燃料ガスの流量を調整する流量調整弁20と、流量調整弁20から混合管への供給路を開−閉に制御する開閉弁30を有し、燃料ガス流量が、例えば、Q＝5l/min（標準状態）以上の範囲のみでの燃焼を可能とし、ホルムアルデヒドの発生を0.08ppm以下に制御することができるものである。以下燃料ガス調整機構10の具体的構造及び作用について説明する。

流量調整弁20は、公知の器具栓でよい。本例では、図３及び４に示すようにケース21に設けた流路16にコック22を配し、これを回転することによって流路16の断面積を変化させ燃料ガスの流量をゼロから所定流量（標準状態で20l/min）まで調整することができるようになっている。なお、コック22には同軸の回転軸を介してつまみ12が固定されており、つまみの回転量によって流量を調整することができる。これにより燃料ガスは、圧力調整器2から流路15,16を通って所定量に調整されて開閉弁30側に送られる。

開閉弁30は、図５及び６に示すように、ケース31内に設けた弁体32を図上左右に移動させることによって流路16の開閉を行い、流量調整弁20から混合管5への供給路の開−閉を制御するものである。図５は閉状態を示し、この状態では、弁体32は弁体バネ44に付勢され、弁体側に設けたシール41がケース側に設けた弁座33に押圧されており、これにより流量調整弁側の流路16と混合管5に至る流路17間は閉じられている。一方、図６は開状態を示し、弁体32が弁体バネ44の押圧力に抗して左方に移動し、流路16が流路17に連通している。この状態は以下に説明する第１のカム装置の作動により実現される。なお、弁体32はシール42及び43によって気密に保持されている。

図７〜９は開閉弁20のカム装置の説明図である。弁体32には弁体側フォロア35が弁体32と一体に結合されており、この弁体側フォロア35がドライバプレート60の第１ドライバ61とともに第１カム装置（Ａ）を構成している。また、弁体ストッパピン52が弁体32の頭部前面弁体軸と直角方向に移動可能に設けられ、弁体ストッパピン52は弁体32が図上左方に移動したとき弁体32の頭部前に生じた空間に出入りすることができる。この弁体ストッパピン52はその入り込み代ｙ（弁体32の頭部と弁体ストッパピン52が接触する最大接触長さ）を規制するベース51に一体に結合されている。ベース51の上面からの突出代をｘとする。ベース51はストッパピンバネ54により入り込み側に押圧されている。また、ベース51にはストッパピン側フォロア55が一体に結合されている。このストッパピン側フォロア55はドライバプレート60の第２ドライバ62と第２のカム装置（Ｂ）を構成する。ドライバプレート60はコック22の回転軸と同軸に結合され、つまみ12によって回転されるようになっている。

上記構成により、図９に示すように、弁体32は、弁体バネ44及び第１カム装置（Ａ）によりB_x方向又はこれと逆方向に移動するとともに、その移動がストッパピンバネ54と第２カム装置（Ｂ）によりS_y方向又はこれと逆方向に移動する弁体ストッパピン52により規制されるようになっている。

弁体32と弁体ストッパピン52の作動状況を模式図で示すと図１0及び１１のようになる。図１０は点火操作（コック開度を0°から90°まで開く操作）時のコック開度（θ）に対する弁体32のB_x方向と逆方向の移動量及び弁体ストッパピン52のS_y方向の移動量を示す。図１１は絞り操作（コック開度を90°から0°に絞る操作）時のコック開度（θ）に対する弁体32のB_x方向の移動量及び弁体ストッパピン52のS_y方向と逆方向の移動量を示す。なお、このカセットこんろでは初期状態はコック開度0°であり、点火操作時コック開度90°で自動点火が行われ、点火後コック開度を適当に絞って使用に供されるようになっている。

図１０に示すように、コック開度を0から開いていくと、当初閉じていた弁体32はコック開度30°から次第にB_x方向と逆方向に移動し、78°になるとその移動量がｘに達する。このとき弁体ストッパピン52が弁体32の頭部前に形成された隙間に入り込む。更にコック開度を開くと弁体は微少量（図１０及び１１に示すΔ）B_x方向と逆方向に移動するがその後は一定位置に保持される。なお、点火操作時においては弁体ストッパピン52が弁体頭部の隙間に入り込めばよく、コック開度の上記数値（78°）は限定されたものではない。

一方、図１１のようにコック開度を90°に開けて点火した後コック開度を絞っていくと、コック開度40°から弁体ストッパピン52は次第にS_y方向と逆方向に移動し、30°になるとその移動量がｙに達し、弁体ストッパピン52と弁体32頭部との接触代ｙがゼロとなる。このため弁体32は直ちにB_x方向に移動し流路を遮断することになる。なお、この場合のコック開度30°は、ホルムアルデヒド発生許容限界流量Q＝5l/min（標準状態）相当のコック開度に設定する。

本実施例によるカセットこんろにおいては、燃料ガス調整機構10によって点火後の絞り操作時の燃料ガス流量を図１２の燃料ガス流量曲線（Ｑ）で示すように制御することができる。すなわち、コック開度が30°〜90°の範囲で燃料ガス流量を5〜20l/min（標準状態）に調整することができ、ホルムアルデヒドの発生を0.08ppm以下に抑えることができる。なお、点火操作時の燃料ガス流量曲線（Ｒ）も併せて記載した。この場合、コック開度が30°〜40°の範囲でホルムアルデヒド発生許容限界流量Q＝5l/min（標準状態）以下の流量の燃料ガスが流れることになるが、上記流量範囲では点火することができず、従ってホルムアルデヒドの発生はない。

以上本発明に係る一実施例について説明したが、燃料ガス調整機構10は上記実施例に限定されない。例えば流量調整部分は上記実施例と同様な構造とし、コック開度に連動するポテンショメータを設け、その出力により電磁切換弁を制御して混合管への燃料ガスの供給を制御するようにしてもよい。この場合のカセットこんろの斜視図を図１３に示す。この例では、つまみ12内にポテンショメータ（図示せず）が組み込まれ、電磁切換弁70とコントローラ75を設けている。

また、図１３の実施例において、ポテンショメータの代わりにいわゆるフレームロッド、すなわちフレーム中に存在する電荷粒子を利用してフレームの存在を検知するセンサーを利用することができる。これにより、フレーム長を検出し燃料ガス流量を所定範囲に調整することができる。

さらに、圧力調整器からの燃料ガス流量を所定の流量、例えば弱火、強火の流量に調整する絞り弁と、そのいずれかの絞り弁を選択開放し混合管へ燃料ガスを供給するように操作する選択レバーと該選択レバーをリセットし開放した絞り弁を閉じるように操作する消火レバーを備えたレバー機構と、を有する燃料ガス調整器を設けてもよい。なお、弱火用の絞り弁は、その調整流量がホルムアルデヒド発生許容限界流量以上になるものを設ける。

市販のカセットこんろにジメチルエーテルを充填したカセットボンベを装着して燃焼試験を行った場合の燃料ガス流量Ｑとホルムアルデヒドの発生濃度Cとの関係を示すグラフである。本発明に係るジメチルエーテル燃焼器をカセットこんろに用いた場合の斜視図である。図２の燃料ガス調整機構のうち流量調整弁部分の断面図で、通常時（コック開度ゼロのとき）の状態を示す図である。図２の燃料ガス調整機構のうち流量調整弁部分の断面図で、使用時の状態を示す図である。図２の燃料ガス調整機構のうち開閉弁部分の断面図で、開閉弁が閉のときの状態を示す図である。図２の燃料ガス調整機構のうち開閉弁部分の断面図で、開閉弁が開のときの状態を示す図である。図２の燃料ガス調整機構部分の平面図で、開閉弁が閉のときの状態を示す図である。図２の燃料ガス調整機構部分の平面図で、開閉弁が全開のときの状態を示す図である。図２の燃料ガス調整機構のうち開閉弁部分の構造及び作動方向を示す模式図である。図２の燃料ガス調整機構における点火操作時の弁体及び弁体ストッパピンの作動を示す模式図である。図２の燃料ガス調整機構における絞り操作時の弁体及び弁体ストッパピンの作動を示す模式図である。図２の燃料ガス調整機構による燃料ガス調整曲線を示す図である。他の実施例の斜視図である。

符号の説明

1：カセットこんろ
2：圧力調整器
5：混合管
6：燃焼バーナ
10：燃料ガス調整機構
12：つまみ
15、16、17：流路
20：流量調整弁
21：ケース
22：コック
30：開閉弁
31：ケース
32：弁体
33：弁座
35：弁体側フォロア
41、42、43：シール
44：弁体バネ
51：ベース
52：弁体ストッパピン
54：ストッパピンバネ
55：ストッパピン側フォロア
60：ドライバプレート
61：第１ドライバ
62：第２ドライバ
70：電磁切換弁
75：コントローラ

Claims

カセットボンベに充填されたジメチルエーテルを所定圧に調整された燃料ガスとして供給する圧力調整器と、該圧力調整器から受け入れた燃料ガスと空気を吸入して混合気となす混合管と、該混合管から供給される混合ガスを二次空気とともに燃焼させる燃焼バーナとを具備するジメチルエーテル燃焼器において、
圧力調整器から混合管へ供給される燃料ガスの流量がホルムアルデヒド発生許容限界流量となったときに流路を遮断する燃料ガス調整機構を設けたことを特徴とするジメチルエーテル燃焼器。
コックの回転により流路断面積を変化させて燃料ガス流量を調整する流量調整弁と、弁体の移動により燃料ガス流路の開閉を行う開閉弁とを備えた燃料ガス調整機構を有するジメチルエーテル燃焼器であって、
前記弁体には閉方向に付勢する弁体バネを備え、
前記コックの回転軸に固定されたドライバプレートと前記弁体に一体に結合された弁体側フォロアにより構成され、前記弁体バネに抗して弁体を開方向に移動可能とする第１カム装置を備え、
前記弁体の頭部前面には該弁体の移動方向と直角方向に出入り可能な弁体ストッパピンを備え、
該弁体ストッパピンにはそれを前記弁体の頭部前に押し込むように付勢するストッパピンバネを備え、
前記コックの回転軸に固定されたドライバプレートと前記弁体ストッパピンに一体に結合されたストッパピン側フォロアにより前記ストッパピンバネに抗して前記弁体ストッパピンを弁体の頭部前から引き抜くようにする第２カム装置を備え、
前記コックの回転により燃料ガス流量を調整するとともに、該コックの回転と同期させて前記ドライバプレートを回転させて前記第１カム装置により燃料ガス流路を開くとともに、前記弁体ストッパピンを前記弁体頭部前に生じた隙間に入り込ませて点火状態を維持できるようにし、点火後の燃料ガス絞り操作過程で絞り量がホルムアルデヒド発生許容限界流量に達したときに第２カム装置により前記弁体ストッパピンを弁体頭部前から引き抜き、弁体を燃料ガス流路遮断状態におく燃料ガス調整機構を有するジメチルエーテル燃焼器。
コックの回転により流路断面積を変化させて燃料ガス流量を調整する流量調整弁と、
該流量調整弁から混合管への流路の開閉を行う電磁切換弁と、
前記コックの回転軸の回転量を検知するポテンショメータと、
該ポテンショメータからの着火後の信号が所定値以上であると燃焼を継続し、所定値未満であると流路を閉じるように前記電磁切換弁を制御するコントローラとを有する燃料ガス調整機構を設けたジメチルエーテル燃焼器。
圧力調整器からの燃料ガスを所定流量に調整して混合管へ供給する流量調整弁と、
該流量調整弁から混合管への流路の開閉を行う電磁切換弁と、
火炎の長さを検知するフレームロッドと、
該フレームロッドからの着火後の信号が所定値以上であると燃焼を継続し、所定値未満であると流路を閉じるように前記電磁切換弁を制御するコントローラとを有する燃料ガス調整機構を設けたジメチルエーテル燃焼器。
圧力調整器からの燃料ガスを弱火、強火の所定流量に調整する絞り弁と、
該絞り弁のいずれかを選択開放し混合管へ燃料ガスを供給するように操作する選択レバーと、該選択レバーをリセットし開放した絞り弁を閉じるように操作する消火レバーを備えたレバー機構とを有する燃料ガス調整機構を設けたジメチルエーテル燃焼器。