JP2014074550A - 液体燃料燃焼装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】熱回収部を備えた気化器における気化室の温度分布の変化を抑え、気化室の温度を安定して制御することができる液体燃料燃焼装置を提供すること。
【解決手段】燃焼開始時にはヒータ12により加熱され、燃焼中は熱回収部11が回収するバーナ7の燃焼熱により加熱される気化器1を備えた液体燃料燃焼装置であって、熱回収部11から気化室14への伝熱方向と、ヒータ12から気化室14への伝熱方向が同一方向となるように気化室14とヒータ受熱部13と熱回収部11を配置した。このように構成することで、燃焼開始時と燃焼中とで気化器1を加熱する熱源が変わっても、液体燃料を気化する気化室14への伝熱方向は常に同じとなるため、気化室14の温度分布の変化が抑えられ安定した温度制御が可能になる。
【選択図】図2
【解決手段】燃焼開始時にはヒータ12により加熱され、燃焼中は熱回収部11が回収するバーナ7の燃焼熱により加熱される気化器1を備えた液体燃料燃焼装置であって、熱回収部11から気化室14への伝熱方向と、ヒータ12から気化室14への伝熱方向が同一方向となるように気化室14とヒータ受熱部13と熱回収部11を配置した。このように構成することで、燃焼開始時と燃焼中とで気化器1を加熱する熱源が変わっても、液体燃料を気化する気化室14への伝熱方向は常に同じとなるため、気化室14の温度分布の変化が抑えられ安定した温度制御が可能になる。
【選択図】図2
Description
本発明は、液体燃料を気化器で気化した気化ガスをバーナで燃焼させる液体燃料燃焼装置に関し、特に気化器が火炎から燃焼熱を回収する熱回収部を有するものに関する。
従来、この種の燃焼装置には、燃焼開始時にはヒータで気化器を加熱し、燃焼中は熱回収部が火炎から回収した燃焼熱によって気化器を加熱することで、気化室に供給された液体燃料から気化ガスを生成するように構成されたものが提案されている(特許文献1)。
つまり、燃焼開始時は気化器を加熱するためにヒータへ通電しているが、燃焼が開始されてバーナに火炎が形成された後は、バーナの火炎を気化器を加熱するための熱源として用いることでヒータへの通電が不要になるため、燃焼時の消費電力を低減することができるのである。
ところで、従来の気化器は、気化室に対してヒータと熱回収部が異なる方向に配置されていたため、気化器は燃焼開始時にヒータで加熱される時と、燃焼中に熱回収部が回収した燃焼熱で加熱される時では、気化室に対して熱の加わる方向が異なっていた。そのため、燃焼開始時はヒータに近い部分が最も高温となり、一方燃焼中は熱回収部に近い部分が最も高温となるため気化室の温度分布が変化してしまい、気化室の温度を安定させるのが難しかった。
本発明は、上記課題を解決するためのもので、熱回収部を備えた気化器における気化室の温度分布の変化を抑え、気化室の温度を安定して制御することができる液体燃料燃焼装置を提供することを目的とする。
本発明は、液体燃料を加熱して気化ガスを生成する気化器と、気化ガスと空気の混合ガスを燃焼するバーナを備え、前記気化器はバーナの火炎に臨み燃焼熱を回収する熱回収部と、気化器を加熱するヒータと、前記ヒータからの熱を受熱するヒータ受熱部と、液体燃料を気化する気化室と、気化ガスを噴出させるノズル部とを有する液体燃料燃焼装置において、前記熱回収部から前記気化室への伝熱方向と、前記ヒータから前記気化室への伝熱方向が同一方向であることを特徴とする液体燃料燃焼装置である。
また、前記熱回収部から前記気化室へ熱を伝える伝熱経路中に、前記ヒータ受熱部が設けられていることを特徴とする請求項1記載の液体燃料燃焼装置である。
また、前記ノズル部は前記気化室の上部と連通することを特徴とする請求項1または2記載の液体燃料燃焼装置である。
上述のように構成することにより、燃焼開始時と燃焼中とで気化器を加熱する熱源がヒータからバーナの火炎に変わっても気化室は常に同じ方向から加熱されるため、気化室の温度分布の変化が抑えられ安定した温度制御が可能となる。
好適と考える本発明の実施形態を、本発明の作用効果を示して簡単に説明する。
本発明は、燃焼開始時にはヒータにより加熱され、燃焼中は熱回収部が回収するバーナの燃焼熱により加熱される気化器を備えた液体燃料燃焼装置であって、熱回収部から気化室への伝熱方向と、ヒータから気化室への伝熱方向が同一方向となるように気化室とヒータ受熱部と熱回収部を配置した。
つまり、燃焼開始時と燃焼中とで気化器を加熱する熱源が変わっても、液体燃料を気化する気化室への伝熱方向は常に同じとなるため、気化室の温度分布の変化が抑えられ安定した温度制御が可能になる。
また、熱回収部から気化室へ熱を伝える伝熱経路中にヒータ受熱部を設け、熱回収部と気化室との境界部分をヒータ受熱部として利用することで、気化器を小型にして軽量化を図ることができる。
また、気化ガスは比重が軽く気化室上部に滞留するので、気化室の上部とノズル部を連通させることで、気化室上部の十分に気化された気化ガスのみをノズルから噴出させることができるため、燃焼状態を良好に保つことができる。
以下本発明の一実施例としての液体燃料燃焼装置を図面により説明する。
図1は液体燃料燃焼装置に設けられる気化器の外観図、図2は同気化器の断面図である。気化器1は、液体燃料を気化して気化ガスとする気化部10と、気化部10で生成された気化ガスを後述のバーナ7に噴出するノズル部20と、ノズル部20を開閉させるプランジャー部30とから構成されている。
気化部10は、バーナ7で形成される火炎の燃焼熱を回収する熱回収部11と、通電することで発熱するヒータ12と、ヒータ12が取り付けられてヒータ12の熱を受けるヒータ受熱部13と、液体燃料を気化する気化室14を備えている。
このように気化器1が熱回収部11を備えることにより、燃焼開始時にはヒータ12が発する熱により気化器1を加熱し、燃焼が開始してバーナ7で火炎が形成された後は熱回収部11が回収した燃焼熱により気化器1が加熱される。気化器1が加熱されることで気化室14内が高温となり、気化室14に供給された液体燃料が気化されて気化ガスとなる。
そして、熱回収部11とヒータ受熱部13はともに気化室14の上方に設けられており、ヒータ12の発する熱は図中の破線矢印で示すようにヒータ受熱部13を介して気化室14を加熱し、一方、熱回収部11が火炎から回収した燃焼熱は一点鎖線矢印で示すようにヒータ受熱部13を介して気化室14を加熱する。つまり気化室14への伝熱方向は、ヒータ12による加熱時と熱回収部11が回収した燃焼熱による加熱時とでは同一方向となる。
なお、図2において気化部10は、上から熱回収部11、ヒータ受熱部13、気化室14を配置して構成されているが、ヒータ受熱部13を熱回収部11の上方に配置しても気化室14への伝熱方向が一致することになる。ただし、図2のように、熱回収部11と気化室14の間にヒータ受熱部13を配置した構成とすれば、熱回収部11と気化室14との境界部分をヒータ受熱部13として利用することができるため、気化部10を小型にして軽量化を図ることができる。小型化することにより、気化部10の熱容量も減少するので、着火スピードも速くすることができる。
気化室14は四方を金属部材によって囲まれることで内部に空間が形成された形状であり、気化室14の底面と前面は液体燃料を気化する気化面141となっていて、液体燃料の気化を促進するための筋状の凹凸が形成されている。この気化面141と、熱回収部11と、ヒータ受熱部13は一体に形成されて気化器本体を構成している。また、気化室14の気化面141以外の面(両側面および背面)はコの字状の部材である気化室側壁142により構成され、この気化室側壁142には気化室14の温度を検知するためのサーミスタ(図示せず)が取り付けられている。そして、気化器本体と気化室側壁142を組み合わせることにより気化部10が形成される。
さらに、気化室14には送油パイプ4と接続された燃料吐出口16が設けられていて、この送油パイプ4は電磁ポンプ3を介して油受皿2に繋がっており、電磁ポンプ3を駆動することで送油パイプ4を通して油受皿2に貯められた液体燃料が気化室14に供給される。そして、気化室14の前面と背面にはノズル部20が貫通する貫通孔143、144が形成されている。
ノズル部20は、気化室14に設けられた貫通孔143、144を貫通する筒状のノズルパイプ21と、このノズルパイプ21の連通口24に一端が接続されるとともに、他端が気化室14の上部と連通する気化ガス流路23から構成されている。気化ガスは比重が軽く気化室14の上部に滞留するため、気化ガス流路23を気化室14の上部と連通させることで、十分に気化したガスのみをノズルパイプ21に流入させることができる。したがって、この気化ガス流路23は、ノズルパイプ21に気化室14上部の気化ガスを流入させるものであれば図のような円筒状でなくともよい。また、ノズルパイプ21の先端には、気化室14で気化された気化ガスを噴出させる噴出口22が設けられ、後端はプランジャー部30に接続されている。
なお、ノズル部20と気化室14の上部とを連通させる方法は図2のようにノズルパイプ21と気化ガス流路23を用いた形状に限るものではなく、種々の構造を用いることが出来る。例えばノズルパイプ21を気化室14の上方に配置すれば、気化ガス流路23を設けなくとも連通口24を介してノズル部20と気化室14の上部を連通させることができる。また、気化面141に噴出口22を形成し、気化室14内部に気化ガスの流れを方向付けるような壁を設けることでノズルパイプ21を設けなくとも気化室14の上部とノズル部20(噴出口22)を連通させることが可能である。
プランジャー部30は、円筒部311と小径部312が深絞り加工により一体に形成された筒体31と、ソレノイドコイル32を備え、ソレノイドコイル32の内部に筒体31を貫通して構成される。また、この筒体31の円筒部311には、後端に固定された固定片34と、内部を摺動自在な可動片33と、固定片34と可動片33の間に介在するスプリング35が設けられている。ソレノイドコイル32は通電されることで磁気力を発生し、この磁気力により可動片33を吸引する。
固定片34には小空間であるニゲ部36が形成され、このニゲ部36を通じて気化室14やノズルパイプ21内に残留した気化ガスを油受皿2に戻すためのニゲパイプ5が接続されている。
可動片33は、内部に固定片34のニゲ部36を閉塞するプランジャー弁37が挿入固定されるとともに、ノズルパイプ21側に向けてバルブロッド38が取り付けられており、このバルブロッド38は先細り形状をなしていてその先端にはノズルパイプ21の噴出口22を開閉する弁針381が形成されている。また、可動片33はスプリング35の付勢力により常時ノズルパイプ21側に押圧されていて、これにより弁針381が噴出口22を閉塞した状態となっている。
図3は液体燃料燃焼装置における気化器の周辺構造を示す図であって、気化器1の前方には気化器1から噴出される気化ガスと空気との混合ガスを燃焼させるバーナ7が配置されている。バーナ7は、気化ガスと空気とを混合して混合ガスとする混合管71と、混合ガスが噴出して火炎が形成される炎孔部72と、炎孔部72から噴出する混合ガスに着火する着火手段73と、燃焼状態を検知する火炎検知手段74から構成されており、気化器1はノズル部20の噴出口22が混合管71の開口と対向し、熱回収部11が炎孔部72で形成される火炎に臨むように取付金具6を用いて燃焼装置に取り付けられる。
次に、上述の構成における液体燃料燃焼装置の動作について説明する。
液体燃料燃焼装置の燃焼開始が指示されると、ヒータ12への通電が行われ、ヒータ12の発する熱はヒータ受熱部13を介して伝熱され、気化室14の温度を上昇させる。気化室14の温度はサーミスタにより検知されており、気化室14が液体燃料を気化することのできる温度まで上昇すると電磁ポンプ3が始動して油受皿2内の液体燃料を汲み上げ、液体燃料は送油パイプ4を通過して燃料吐出口16から気化室14内に供給される。
気化室14に供給された液体燃料は気化面141に接触することで気化し、気化ガスとなる。気化面141の温度が液体燃料の沸点よりも高いと、供給された液体燃料はライデンフロスト現象により球状となって転がり、蒸発速度が遅くなってしまうが、気化面141に筋状の凹凸を設けることで球状化と転がりが緩和され、効率よく液体燃料を気化させて気化ガスを発生させることができる。
気化面141で発生した気化ガスは気化室14内に拡散し、気化ガス流路23からノズルパイプ21内に流入する。気化ガスは比重が軽く気化室14の上部に滞留するため、気化ガス流路23を気化室14の上部と連通させることで、十分に気化したガスのみをノズルパイプ21内に流入させることができる。
また、ノズルパイプ21は気化室14を貫通して設けられているので、ノズルパイプ21には気化ガス流路23を通過した気化ガスのみが流入し、気化室14底部の十分に気化されていない燃料が流入してしまうことがない。さらにノズル部20の温度は気化室14の熱により高温に維持されるので、ノズルパイプ21に流入した気化ガスの温度を低下させないため、燃焼状態を良好に維持することができる。
そして、電磁ポンプ3の始動に相前後してソレノイドコイル32に通電が行われ、ソレノイドコイル32の磁気力により可動片33が吸引されて固定片34側に摺動する。可動片33が摺動することでバルブロッド38も固定片34側に移動するため、バルブロッド38の先端に設けられた弁針381が噴出口22から離脱し、さらにプランジャー弁37が固定片34のニゲ部36を閉塞するため、ノズルパイプ21内に流入した気化ガスは噴出口22よりバーナ7の混合管71に向けて噴出される。
混合管71に向けて噴出された気化ガスは、噴出された際のエジェクタ効果により周囲の空気を一次空気として取り込み、混合管71内では気化ガスと一次空気とを混合した混合ガスが生成される。この混合ガスはバーナ7の炎孔部72から噴出して、着火手段73により着火されて燃焼が開始され、燃焼中は火炎検知手段74によって燃焼状態が監視される。
燃焼が開始されて、炎孔部72で火炎が形成されると、熱回収部11は火炎に晒されて燃焼熱を回収する。そして、熱回収部11が火炎から回収した燃焼熱は、ヒータ受熱部13を介して気化室14へ伝熱し、気化室14を加熱するようになる。
サーミスタは常時気化室14の温度を検知しており、気化室14の温度が液体燃料の気化に適した温度となるようヒータ12への通電が制御され、熱回収部11が回収した熱により気化室14が十分に加熱される状態であれば、ヒータ12への通電を停止する。これにより、燃焼中の消費電力を低減させることができる。
さらに、燃焼開始時にヒータ12に通電して気化器1を加熱するときと、燃焼中に熱回収部11が回収した熱により気化器1を加熱するときでは、ともにヒータ受熱部13を介して気化室14に熱が伝わるようになっている。つまり、燃焼開始時と燃焼中とで気化器1の加熱源が変わっても気化室14は常に同じ方向から加熱されるため、気化室14の温度分布の変化が抑えられ気化室14の温度を安定して制御することができる。
そして、燃焼停止の指示があると、ヒータ12及び電磁ポンプ3への通電を停止させると同時にソレノイドコイル32への通電を停止する。ソレノイドコイル32への通電が停止されると、可動片33はスプリング35の付勢力によってノズルパイプ21側に摺動して押圧されるので、バルブロッド38も噴出口22側へ移動して先端の弁針381が噴出口22を閉塞するため、気化室14内に残った気化ガスが噴出口22から漏れ出すことが防止される。また同時に、プランジャー弁37によって閉塞されていたニゲ部36が開放されるので、気化室14やノズルパイプ21内に残留する気化ガスはニゲ部36からニゲパイプ5を通って油受皿2に戻される。
1 気化器
7 バーナ
11 熱回収部
12 ヒータ
13 ヒータ受熱部
14 気化室
20 ノズル部
7 バーナ
11 熱回収部
12 ヒータ
13 ヒータ受熱部
14 気化室
20 ノズル部
Claims (3)
- 液体燃料を加熱して気化ガスを生成する気化器と、気化ガスと空気の混合ガスを燃焼するバーナを備え、前記気化器はバーナの火炎に臨み燃焼熱を回収する熱回収部と、気化器を加熱するヒータと、前記ヒータからの熱を受熱するヒータ受熱部と、液体燃料を気化する気化室と、気化ガスを噴出させるノズル部とを有する液体燃料燃焼装置において、前記熱回収部から前記気化室への伝熱方向と、前記ヒータから前記気化室への伝熱方向が同一方向であることを特徴とする液体燃料燃焼装置。
- 前記熱回収部から前記気化室へ熱を伝える伝熱経路中に、前記ヒータ受熱部が設けられていることを特徴とする請求項1記載の液体燃料燃焼装置。
- 前記ノズル部は前記気化室の上部と連通することを特徴とする請求項1または2記載の液体燃料燃焼装置。
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JP2012222604A JP2014074550A (ja) | 2012-10-05 | 2012-10-05 | 液体燃料燃焼装置 |
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Citations (4)
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JP2002267111A (ja) * | 2001-03-13 | 2002-09-18 | Inax Corp | 気化式石油燃焼装置 |
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2012
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