JP2018179315A - 液体燃料燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼排気中の煤を除去する煤除去部を設けた液体燃料燃焼装置を提供する。【解決手段】液体燃料を燃焼させる燃焼部(4)と、その燃焼熱によって内部の湯水を加熱するための熱交換部と、燃焼排気を外部に排出するための排気通路を備えた液体燃料燃焼装置(1)であって、熱交換部は燃焼排気の顕熱を回収するための顕熱熱交換器(5)と、潜熱を回収するための潜熱熱交換器(9)とを有しており、排気通路の排気方向上流側に顕熱熱交換器、排気方向下流側に潜熱熱交換器が配置されている液体燃料燃焼装置(1)において、顕熱熱交換器と潜熱熱交換器との間の排気通路(11)に燃焼排気に含まれる煤を分離除去する煤除去部が設けられ、その煤除去部はサイクロン式遠心分離装置7で構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、液体燃料燃焼装置に関し、特に潜熱熱交換器よりも燃焼排気流れ方向上流側において燃焼排気中の煤を除去する煤除去部を組み込んだ液体燃料燃焼装置に関するものである。

灯油や軽油等の液体燃料を燃焼させる燃焼部と、その燃焼熱によって内部の湯水を加熱するための熱交換部と、燃焼排気を外部に排出するための排気通路を備えた液体燃料燃焼装置においては、通常、前記熱交換部は燃焼排気の顕熱を回収するための顕熱熱交換器と、潜熱を回収するための潜熱熱交換器とを有しており、前記排気通路の排気方向上流側に前記顕熱熱交換器、排気方向下流側に前記潜熱熱交換器が配置されている。

前記潜熱熱交換器において、燃焼排気中の水蒸気が伝熱管やフィンの表面に結露して酸性のドレンとなり、そのドレンは中和剤を収容した中和器へ導入され、中和器において中和された後に排水される。

灯油や軽油等の液体燃料を燃焼させる場合、天然ガスなどを燃焼させるガスバーナーと比較すると燃焼排気に未燃炭素成分である煤が発生し易い。特に燃焼開始の着火時や燃焼終了時に不完全燃焼による煤の発生が多くなる。

燃焼装置において、燃焼排気中の灰や煤を除去する種々の技術が提案されている。特許文献１のハイブリッド温水装置においては、筒体の内部の燃焼室と、その筒体の外周側に配置した熱交換水路と、この熱交換水路の外周側に形成された排気通路と、燃焼室に固形燃料を供給するスクリューフィーダと、燃焼室の下部に火炎を形成する重油バーナーと、燃焼室に空気を供給する空気供給手段と、燃焼室内に設置したサイクロン式燃焼灰分離器と、この燃焼灰分離器の上端に接続された排気筒などを備えている。

排気通路の燃焼排気をサイクロン式燃焼灰分離器内へ導き、その燃焼灰分離器内で灰と煤を分離し、その燃焼灰を燃焼灰分離器の下端側の燃焼灰取出口から取り出し可能に構成されている。

特開２０１０−１０１５９８号公報

液体燃料を燃焼させた燃焼排気には多くの煤が含まれているが、この煤の大部分は潜熱熱交換器においてドレンに混入し、その煤を含むドレンが中和器に導入されると、その煤が中和剤の表面に付着して中和器詰まりが発生し、中和器の機能が著しく低下する。

特許文献１のバイブリッド温水装置は、粒状の固形燃料を燃焼させることを前提とするものであるから、そのサイクロン式燃焼灰分離器を液体燃料を燃焼させる液体燃料燃焼装置に適用することは難しい。

本発明の目的は、燃焼排気中の煤を除去する煤除去部を設けた液体燃料燃焼装置を提供することである。

請求項１の液体燃料燃焼装置は、液体燃料を燃焼させる燃焼部と、その燃焼熱によって内部の湯水を加熱するための熱交換部と、燃焼排気を外部に排出するための排気通路を備えた液体燃料燃焼装置であって、前記熱交換部は燃焼排気の顕熱を回収するための顕熱熱交換器と、潜熱を回収するための潜熱熱交換器とを有しており、前記排気通路の排気方向上流側に前記顕熱熱交換器、排気方向下流側に前記潜熱熱交換器が配置されている液体燃料燃焼装置において、前記顕熱熱交換器と潜熱熱交換器との間の前記排気通路に燃焼排気に含まれる煤を分離除去する煤除去部が設けられていることを特徴としている。

上記の構成によれば、燃焼部において液体燃料を燃焼させると、その燃焼排気は顕熱熱交換器へ導入されてそこで顕熱が回収された後、潜熱熱交換器へ導入されて燃焼排気中の潜熱が回収される。前記顕熱熱交換器と潜熱熱交換器との間の前記排気通路に燃焼排気に含まれる煤を分離除去する煤除去部を設けたため、潜熱熱交換器よりも上流側において燃焼排気中の煤が煤除去部において除去され、その煤が除去された燃焼排気が潜熱熱交換器へ導入されるため、潜熱熱交換器に煤が導入されることはなく、潜熱熱交換器で発生するドレンに煤が混入することはない。そのため、ドレンに混入する煤による中和器詰まりが発生するのを確実に防止することができる。
また、前記顕熱熱交換器を通過して温度が低下した燃焼排気から前記煤除去部において煤を除去するように構成したため、前記煤除去部の耐久性を確保することができる。

請求項２の液体燃料燃焼装置は、請求項１の発明において、前記煤除去部は、サイクロン型遠心分離装置であることを特徴としている。
上記の構成によれば、前記煤除去部はサイクロン型遠心分離装置であるため、簡単な構成のサイクロン型遠心分離装置で燃焼排気中の煤を確実に除去することができる。

請求項３の液体燃料燃焼装置は、請求項１又は２の発明において、前記液体燃料燃焼装置は下方に向かって燃焼する逆燃焼式の燃焼装置であり、前記顕熱熱交換器は前記燃焼部の下方に配置され、前記顕熱熱交換器を下向きに通過した燃焼排気の方向を上向き方向に変更する排気方向変更部と、前記排気方向変更部と前記潜熱熱交換器とを接続する上向排気通路が設けられており、前記潜熱熱交換器は前記上向排気通路よりも上方に配設され、前記煤除去部は前記上向排気通路に設けられていることを特徴としている。

上記の構成によれば、逆燃焼式の燃焼部においては、液体燃料が下方に向かって燃焼し、その燃焼排気は、燃焼部の下方に配置された顕熱熱交換器へ導入され、その燃焼排気は
排気方向変更部において流れ方向を上向き方向に変更される。その後燃焼排気は上向排気通路内を上方へ流れて潜熱熱交換器へ導入される。

この上向排気通路には前記煤除去部が設けられているため、その煤除去部において煤が除去された燃焼排気は前記上向排気通路から潜熱熱交換器へ導入される。
前記上向排気通路は上下長の長い大きなボリュームを有する通路であるので、この上向排気通路内のスペースを有効活用して前記煤除去部を配設することができる。

請求項４の液体燃料燃焼装置は、請求項１〜３の何れか１項の発明において、前記上向排気通路には消音材が備えられて排気騒音の軽減を図る消音部が設けられていることを特徴としている。
上記の構成によれば、前記上向排気通路には排気騒音の軽減を図る消音部が設けられているため、サイクロン型遠心分離装置で燃焼排気の流速が増大したことで発生する高周波成分を多く含む排気騒音を前記消音部によって効果的に消音することができる。

本発明によれば、上記のような種々の作用効果が得られる。

本発明の実施形態に係る逆燃焼式の液体燃料燃焼装置の正面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 ブロアと燃焼部と顕熱熱交換器の斜視図である。 燃焼部の概略断面図である。 サイクロン型遠心分離装置の概略斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面に基づいて説明する。
図１〜図４に示すように、液体燃料燃焼装置１は、灯油や軽油等の液体燃料を燃焼させた燃焼熱で温水を作る給湯装置である。尚、図１の左右方向を左右方向として説明する。

この液体燃料燃焼装置１は、外装ケース２内に、送風ブロア３、燃焼部４（バーナー部） 、
顕熱熱交換器５（１次熱交換器）、底部通路ケース６、煤除去部としてのサイクロン式遠心分離装置７、消音部８、潜熱熱交換器９（２次熱交換器）、中和器１０等を収容したものである。

燃焼部４で発生した燃焼ガスは、顕熱熱交換器５内に形成された下向き排気通路５ａを下向きに流れ、次に底部通路ケース６内の水平排気通路６ａを水平に右方へ流れ、次にサイクロン式遠心分離装置７と消音部８内の上向排気通路１１を上向きに流れて潜熱熱交換器９へ導入され、潜熱熱交換器９の排気口９ａ及び外装ケース２の前面扉の排気口（図示略）から外部へ排出される。

燃焼部４は、噴霧ノズル４ａから液体燃料を下向きに噴射させ、点火プラグ４ｂにより着火させて燃焼させるものである。噴霧ノズル４ａは、顕熱熱交換器５の缶体５ｂ上に載置された缶体４ｃ内の上部に取付けられている。噴霧ノズル４ａには、図示しない燃料タンクから燃料ポンプや電磁弁や配管などを介して液体燃料が供給される。

缶体４ｃの内部には、送風ブロア３から燃焼用空気が下向きに送給され、この燃焼用空気は噴霧ノズル４ａの周囲及びその下方領域にわたって設けられた燃焼筒４ｄ内に流入する。燃焼筒４ｄは、その周壁に複数の通気孔を有しており、この燃焼筒４ｄ内において前記燃焼用空気を旋回流とし、噴霧された燃料と燃焼用空気との混合が促進される。

顕熱熱交換器５は、燃焼排気から顕熱を回収するもので、缶体５ｂの外周側に、複数の伝熱管５ｄをほぼ水平な螺旋状に複数回巻き付けたフィンアンドチューブ型熱交換器である。潜熱熱交換器９で温められた温水が顕熱熱交換器５の導入口５ｅに導入され、加熱された後導出口５ｆから導出される。

底部通路ケース６は水平排気通路６ａを形成すると共に顕熱熱交換器５及び燃焼部４ を支持するものである。この底部通路ケース６は左右方向に細長い中空の直方体形状に形成されている。この底部通路ケース６の左端側部分の上面には顕熱熱交換器５の缶体５ｂ の下端に連通する上流側上面開口６ｂが形成され、底部通路ケース６の右端側部分の前部の上面にはサイクロン式遠心分離装置７の下端に連通する下流側上面開口６ｃが形成されている。顕熱熱交換器５を下向きに通過した燃焼排気の方向を上向き方向に変更する排気方向変更部が底部通路ケース６で形成され、その排気方向変更部と潜熱熱交換器９は上向排気通路１１によって接続され、潜熱熱交換器９は上向排気通路１１よりも上方に配設され、煤除去部であるサイクロン式遠心分離装置７は前記上向排気通路１１に設けられている。

潜熱熱交換器９は、外装ケース２内の最上位置に、燃焼部４と中和タンク１０と消音部 ８の上方に配設されている。この潜熱熱交換器９は、燃焼排気中の潜熱を回収して水を温める熱交換器である。
消音部８の燃焼排気出口８ａから潜熱熱交換器９の燃焼排気導入室１２に燃焼排気が導入され、その燃焼排気が潜熱熱交換器９内を通過して伝熱管９ｂとの間で熱交換する。潜熱熱交換器９において発生する酸性のドレンは、中和器１０へ導入され、中和器１０内の中和剤で中和された後に排水管で外部へ排水される。

次に、燃焼排気に含まれる煤を遠心分離して回収するサイクロン式遠心分離装置７について、図１、図２、図５に基づいて説明する。
このサイクロン式遠心分離装置７は、顕熱熱交換器５と潜熱熱交換器９の間の排気通路
である上向き排気通路１１の下半部に設けられている。

サイクロン式遠心分離装置７は、底部通路ケース６の右端側部分の上面に立設された角筒ケース１３と、この角筒ケース１３の内部の中心部に鉛直姿勢に組み込まれた部分円錐体１４であって下方ほど小径となる部分円錐体１４と、この部分円錐体１４と角筒ケース１３の間に配設された螺旋板１５と、部分円錐体１４の上部約２／３内の中心部に鉛直姿勢に配設された排気筒１６と、底部通路ケース６内に配設され且つ部分円錐体１４の下端から遠心分離された煤Ｃを回収する回収ボックス１７等で構成されている。

前記螺旋板１５は、下から上に向って右ネジ方向に螺旋旋回するような形状に形成され、
螺旋板１５の外周縁は角筒ケース１３の内面に接合され、螺旋板１５の内周縁は部分円錐体１４の外面に接合されている。

前記下流側上面開口６ｃから角筒ケース１３内へ燃焼排気が導入され、その燃焼排気が角筒ケース１３と部分円錐体１４の間に螺旋板１５により形成された螺旋通路７ａ内を流動しながら旋回流とされ、螺旋通路７ａを旋回しながら上昇していき、部分円錐体１４の上部に形成された複数の導入開口１４ａから部分円錐体１４内に導入され、部分円錐体１４内を旋回しながら下方へ流動し、燃焼排気中の煤は遠心力で分離されつつ部分円錐体１４の内周面に沿って下方へ流動し、部分円錐体１４の下端の円形開口１４ｂから回収ボックス１７内へ回収される。

前記送風ブロア３は送風量が多く、燃焼排気の流量も多いため、部分円錐体１４内に強力な旋回流を形成して、煤除去性能を高めることができる。
部分円錐体１４内の下部まで流動した燃焼排気は排気筒１６の下端から排気筒１６内へ導入されて、排気筒１６内を上方へ流動して排気筒１６の上端から消音部８へ導出される。

回収ボックス１７は、複数の案内部材１７ａ，１７ｂを介して左右方向へ水平にスライド可能に構成され、外装ケース２の右側面の下端近傍部に形成した開口部から外部へ取り出し可能に構成されている。上記の開口部を塞ぐ蓋板１８は４本のビス１８ａで外装ケース２に固定され、この蓋板１８は連結部材１７ｃにより回収ボックス１７に連結されている。それ故、４本のビス１８ａを外し、蓋板１８と一体的に回収ボックス１７を外部へ取り外すことができ、煤Ｃを除去した後再び図１の状態に装着することができる。

次に、消音部８について説明する。
図２に示すように、消音部８は、上向排気通路１１の上半部に形成されている。この消音部８は、排気騒音やサイクロン式遠心分離装置７で発生する騒音の軽減を図るものである。この消音部８は、燃焼排気が複数回のＵターンを繰り返す蛇行通路８ｂと、その蛇行通路８ｂの壁面に付設された合成樹脂発泡体やグラスウール等からなる消音材８ｃとで構成されている。前記サイクロン式遠心分離装置７の排気筒１６の上端が蛇行通路８ｂの上流端に接続され、蛇行通路８ｂの下流端（燃焼排気出口８ａ）が燃焼排気導入室１２に接続されている。

次に、以上説明した液体燃料燃焼装置１の作用効果について説明する。
燃焼部３で発生した燃焼ガスは顕熱熱交換器５内を通過中に伝熱管５ｄ内を流れる湯水を加熱し、その燃焼排気は上流側上面開口６ｂから底部通路ケース６内へ流入し、底部通路ケース６内の水平排気通路６ａを流れて下流側上面開口６ｃからサイクロン式遠心分離装置７の角筒ケース１３内へ導入され、角筒ケース１３と部分円錐体１４の間の螺旋通路 ７ａ内を上昇中に旋回流とされ、その旋回状態の燃焼排気が部分円錐体１４の導入開口１４ａから部分円錐体１４内へ導入され、部分円錐体１４内を旋回しながら下方へ流動し、燃焼排気中の煤は遠心力で分離されつつ部分円錐体１４の内周面に沿って下方へ流動し、部分円錐体１４の下端の円形開口１４ｂから回収ボックス１７内へ回収される。
前記送風ブロア３は送風量が多く、燃焼排気の流量も多いため、部分円錐体１４内に強力な旋回流を形成して、煤除去性能を高めることができる。

その後燃焼排気は排気筒１６を通って消音部８へ導入され、消音部８において燃焼排気の圧力と温度が低下した状態になり、燃焼排気の排気騒音が消音される。
その圧力と温度が低下した燃焼排気は、潜熱熱交換器９へ導入され、そこで潜熱が回収された後、排気口から外部へ排出される。

上記のように、潜熱熱交換器９よりも燃焼排気流れ方向上流側において、サイクロン式遠心分離装置７により燃焼排気中の煤の大部分が除去されるため、また、残りの煤は消音部8の蛇行通路の８ｂの壁面の消音材８ｃに付着して除去されるため、燃焼排気中の煤が潜熱熱交換器９へ流入することはなく、潜熱熱交換器９で発生するドレンに煤が混入することない。
そのため、煤による中和器詰まりが発生するのを確実に防止することができる。

次に、前記実施形態を部分的に変更する例について説明する。
１）サイクロン型遠心分離装置７における螺旋板１５は必須のものではなく、燃焼排気を部分円錐体１４の導入開口１４ａに導入する際の方向を接線方向とすることにより、部分円錐体１４内に燃焼排気の旋回流を形成することができる。

２）前記液体燃料燃焼装置１は一例を示すものにすぎず、外装ケース２内に配置する機器の配置形態は前記実施形態のものに限定されるものではなく、顕熱熱交換器５と潜熱熱交換器９の間の排気通路１１にサイクロン式遠心分離装置７を配置可能な配置形態であればよい。

３）その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はその種の変更形態も包含するものである。

１ 液体燃料燃焼装置
２ 外装ケース
４ 燃焼部
５ 顕熱熱交換器
７ サイクロン型遠心分離装置（煤除去部）
８ 消音部
８ｃ 消音材
１１ 上向排気通路

Claims (4)

1. 液体燃料を燃焼させる燃焼部と、その燃焼熱によって内部の湯水を加熱するための熱交換部と、燃焼排気を外部に排出するための排気通路を備えた液体燃料燃焼装置であって、
   前記熱交換部は燃焼排気の顕熱を回収するための顕熱熱交換器と、潜熱を回収するための潜熱熱交換器とを有しており、前記排気通路の排気方向上流側に前記顕熱熱交換器、排気方向下流側に前記潜熱熱交換器が配置されている液体燃料燃焼装置において、
   前記顕熱熱交換器と潜熱熱交換器との間の前記排気通路に燃焼排気に含まれる煤を分離除去する煤除去部が設けられていることを特徴とする液体燃料燃焼装置。
2. 前記煤除去部は、サイクロン型遠心分離装置であることを特徴とする請求項１に記載の液体燃料燃焼装置。
3. 前記液体燃料燃焼装置は下方に向かって燃焼する逆燃焼式の燃焼装置であり、前記顕熱熱交換器は前記燃焼部の下方に配置され、前記顕熱熱交換器を下向きに通過した燃焼排気の方向を上向き方向に変更する排気方向変更部と、前記排気方向変更部と前記潜熱熱交換器とを接続する上向排気通路が設けられており、前記潜熱熱交換器は前記上向排気通路よりも上方に配設され、前記煤除去部は前記上向排気通路に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体燃料燃焼装置。
4. 前記上向排気通路には消音材が備えられて排気騒音の軽減を図る消音部が設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の液体燃料燃焼装置。