JP3136809B2 - 液体燃料燃焼装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、給湯・暖房機器等の熱
源に使用する液体燃料燃焼装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、石油燃焼機器においては、瞬間着
火や燃焼量調節幅の拡大や低騒音化、そして機器の小型
化への要求が強くなってきている。

【０００３】従来この種の液体燃料燃焼装置の燃焼方法
としては、大別して液体燃料を噴霧装置によって霧化し
た燃料粒子をそのまま燃焼させるものと、液体燃料を一
旦気化して燃焼させるものとがある。例えば、前者の噴
霧燃焼装置は図５に示すように燃料タンク１から供給さ
れた液体燃料は、電磁ポンプ２で加圧され供給管４を通
って圧力噴霧ノズル３から噴出して霧化され、燃焼室６
へ噴霧される。一方燃焼用空気は、送風ファン７により
送風路５を通り燃焼室６へ供給される。このとき圧力噴
霧ノズル３より噴霧された液体燃料と燃焼反応し、火炎
を形成するようになっていた。

【０００４】また、後者の気化燃焼装置は図６に示すよ
うに燃料タンク８から供給された液体燃料は、送油ポン
プ９によって送油管１０を通りノズル１１から電気ヒー
タ１３が埋め込まれた気化筒１４で形成された高温状態
の気化室１２へ液滴となって送出され加熱されて気化す
る。一方燃焼用空気は、送風ファン１５により送風路１
６を通りノズル１１の外周に設けたスロート部１７から
気化室１２へ供給される。このとき気化した燃料と混合
し、燃焼室１９内に設けられた炎口１８で火炎を形成す
るようになっていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の噴霧燃焼装置（図５）は、圧力噴霧ノズル３から噴出
して霧化した液体燃料の粒径が大きいために火炎長が大
きくなり、機器の小型化を図ることができず、さらに燃
焼騒音は燃料粒子が火炎によって急激に沸騰する際の破
裂音によって発生するため低騒音化を図ることができな
かった。また、燃焼量を調節するために噴出流速を下げ
ると、極端に霧化状態が悪化して燃料の粒径が大きくな
り燃焼不良となるため燃焼量調節幅は極めて小さいもの
であった。

【０００６】そして気化燃焼装置（図６）は、液体燃料
を気化させなければならないために構造が複雑になり、
また気化のための加熱源と電力の消費が必要であった。
さらに気化筒１４及び気化室１２を昇温するための予熱
時間が必要なため即点火燃焼ができず燃焼立ち上がりの
瞬間性の悪いものであった。以上述べたように上記従来
の液体燃料燃焼装置は、燃焼立ち上がりの瞬間性や低騒
音化が不十分であり、かつ燃焼量の調節幅が小さいとい
う課題があった。

【０００７】本発明は上記課題を解決するもので、燃焼
立ち上がりの瞬間性があって低騒音で、そして小型で、
燃焼量の調節幅を拡大する液体燃料燃焼装置を提供する
ものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、液体燃料が供給される液体燃料供給部を有す
る燃料ノズル、この燃料ノズルの先端に連結して前記燃
料ノズルの先端外周との間に燃料噴出孔を形成したノズ
ルヘッド、前記燃料ノズルの外周にあり前記燃料噴出孔
から薄膜状に噴出した燃料噴流の所定位置に微粒化用の
空気を衝突させるように前記燃料噴出孔の外方に配設し
た空気噴出孔とこの空気噴出孔に空気を供給する空気供
給部を有する空気ノズル、前記燃料ノズルと前記空気ノ
ズル間に形成される通気部からなる霧化部と、この霧化
部を内方に配設した霧化室と、この霧化室に一次空気を
供給する一次空気供給部と、前記霧化室の下流に連通し
て設けた燃焼部と、この燃焼部へ空気を供給する二次空
気供給部を備えたものである。

【０００９】

【作用】本発明は上記構成によって、燃料噴出孔から噴
出した薄膜状の燃料噴流の、その膜厚はより薄く、噴出
速度は減速して小さく、燃料膜形成の状態は不安定にあ
る所定位置に微粒化用の空気を直接衝突させることによ
って空気噴流の運動エネルギーを有効に活用することが
できて、そして空気と燃料の相対速度は大きい状態とな
り微粒化が促進され、微粒化が効果的におこなわれて均
一な微小粒子となり、広い調節範囲で霧化状態を得るこ
とができる。また、微粒化した燃料粒子を空気と混合し
た状態で可燃混合気として燃焼部に搬送するため、瞬時
着火燃焼が可能であるとともに、短炎化による装置の小
型化を図ることができる。また微小粒子を燃焼させるの
で、燃焼騒音を低減することができる。

【００１０】

【実施例】以下本発明の実施例を添付図面に基づいて説
明する。

【００１１】図１から図２に示すように、霧化室２０の
内方中央には霧化部２１を配設しており、液体燃料は燃
料タンク２２から電磁ポンプ２３で加圧して汲み上げら
れ、燃料供給管２４を経て霧化部２１に供給される。空
気供給手段２５から送られた微粒化用の空気は空気供給
管２６を通って霧化部２１に供給される。霧化室２０の
上部で霧化部２１下流側に混合板２７を設けて混合室２
８を形成しており、混合室２８の下流側に燃焼部２９を
設けている。送風機３０から送られた空気の一部は一次
空気供給部３１によって霧化室２０に供給される。混合
室２８内で空気と混合された燃料粒子は均圧板３２で均
一に分散され、燃焼部２９の炎口３３に供給され燃焼さ
れる。また送風機３０から送られた空気の一部は二次空
気供給部３４で燃焼部２９に供給され、この二次空気は
炎口３３で細分割された二次空気孔（図示せず）に供給
される。

【００１２】以下、霧化部２１の詳細について説明す
る。すなわち、燃料ノズル３５はその中央部に液体燃料
供給部３６が設けられ、先端は液体燃料供給部３６に連
通した燃料通路３６ａが外周に臨んで形成してあり、さ
らにノズルヘッド３７の突出部３７ａと固定ねじ３８に
よって連結され燃料ノズル３５の先端外周との間に燃料
噴出孔３９を形成している。そして液体燃料は燃料供給
管２４から液体燃料供給部３６に供給され燃料通路３６
ａを経て燃料ノズル３５の先端とノズルヘッド３７の突
出部３７ａとによって形成された間隙３６ｂを通って燃
料噴出孔３９から円形薄膜状の燃料噴流Ｌとなって噴出
する。燃料ノズル３５と空気ノズル４０との間には通気
部４３が形成されている。空気ノズル４０は燃料ノズル
３５の同心外周に位置して空気供給部４１が形成してあ
り、この下流側において燃料噴流Ｌの外周先端の真下に
は空気噴出孔４２を設けている。この空気噴出孔４２は
燃料噴出孔３９の先端から距離Ａを有する位置に配設し
ている。そして空気は空気供給管２６を通って空気供給
部４１に供給され、空気噴出孔４２から燃料噴出孔３９
より円形薄膜状に噴出した燃料噴流Ｌの所定位置に向か
って噴出する。

【００１３】上記構成における作用について説明する。
電源（図示せず）を投入すると、電磁ポンプが作動し、
液体燃料は燃料タンク２２から汲み上げられて加圧状態
となり、燃料供給管２４を通って燃料ノズル３５内の液
体燃料供給部３６に供給され燃料通路３６ａを経て間隙
３６ｂに至り、燃料噴出孔３９から円形薄膜状の燃料噴
流Ｌとなって噴出する。これと同時に空気供給手段２５
が作動し、空気が加圧状態で空気供給管２６を通って空
気供給部４１に供給され空気噴出孔４２から、円形薄膜
状に噴出した燃料噴流Ｌに向かって真下から噴出する。
この時、円形薄膜状の燃料噴流Ｌの所定位置に燃料の噴
出方向に対して、空気流が真下から直接衝突し、円形薄
膜状の燃料は剪断されて微小粒子となって霧化する。

【００１４】この場合燃料噴出孔３９から噴出した液体
燃料は、円形薄膜状の燃料噴流Ｌとなっているので外周
先端に向かって表面積が大きくなり、その膜厚はより薄
くなる。また燃料の噴出速度は燃料噴出孔３９から噴出
した直後は大きく、燃料噴出孔３９から離れるに従って
減速して小さくなる。そして円形薄膜状の燃料噴流Ｌの
形成は安定状態の領域Ｌａから円形薄膜上の乱れが成長
して不安定の領域Ｌｂを経て分裂に至り燃料液滴とな
る。この過程において、ここで、空気噴出孔４２は燃料
噴出孔３９の先端から距離Ａを有する所定位置に配設
し、円形薄膜状に噴出した燃料噴流Ｌの所定位置に向か
って真下から噴出するように設けているので、空気噴流
の運動エネルギーを有効に活用することができると共に
燃料と空気の噴出の方向が同一である並行流に比べて、
また燃料の噴出速度が減速して小さくなところの円形薄
膜状に噴出した燃料噴流Ｌに空気噴流が直接衝突するの
で空気と燃料の相対速度は大きい状態となり微粒化がよ
り促進される。さらに、円形薄膜状の燃料噴流Ｌの膜厚
のより薄くなった、分裂に至る直前の不安定な状態（Ｌ
ｂ）の燃料噴流に空気噴流が真下から直接衝突するので
微粒化が効果的におこなわれ、粒径の均一な微小粒子と
なって霧化する。そして、従来の圧力噴霧ノズル３から
燃料を噴出して霧化する噴霧燃焼装置（図５）に対し
て、空気噴流の付与による剪断力の作用で広い調節範囲
で霧化状態を得ることができる。次に、燃料ノズル３５
と空気ノズル４０間に形成した通気部４３の作用につい
て説明する。図３は燃料ノズル３５と空気ノズル４０と
の間に通気部４３の形成がない構成で、この場合は燃料
噴流Ｌと空気流（ｇ）とで囲まれた空気噴出孔４２の内
側が負圧域Ｐとなり、燃料噴流Ｌは下方に引き寄せられ
て空気噴出孔４２の内周端面４０ａに一部接触し濡れを
生じる。この濡れ液の粗大粒子が霧化中に混在し微粒
化、均一化を阻害する。しかし、本発明では燃料ノズル
３５と空気ノズル４０との間には通気部４３を形成して
いるので負圧域はなくなり濡れを回避して微粒化、均一
化の阻害要因を排除できる。この霧化部２０の作用によ
って液体燃料は、粒径の均一な微小粒子群となって霧化
室２８に噴霧される。そして一次空気供給部３１から供
給される空気と混合しながら、混合室２８に導入され十
分に混合される。この燃料と空気の混合気は、よりその
混合度合いを高めながら燃焼部２９へ送られ均圧板３２
によって燃焼部２９全体に均一に分散され、可燃混合気
となって炎口３３に供給されて予混合的燃焼となる。こ
のとき炎口３３には二次空気供給部３４から燃焼用空気
が供給されるので短炎を形成する。

【００１５】上記のように実施例の液体燃料燃焼装置に
よれば、燃料ノズル３５から円形薄膜状に噴出した燃料
噴流Ｌのその膜厚はより薄く、噴出速度は減速して小さ
く、燃料膜形成の状態は不安定な状態にある所定位置に
微粒化用の空気を直接衝突させることによって均一な微
小粒子とし、一次空気供給部３１から供給される空気と
混合しながら炎口３３に供給すると共に二次空気供給部
３４から燃焼用空気が供給されるようになっているの
で、良好な燃焼状態が得られる。そして、この霧化部２
１によれば霧化量を幅広く調節できるので小燃焼量の場
合にも液体燃料の微粒化が確保でき、燃焼量の調節幅を
拡大することができる。また微粒化用の空気が一次空気
の一部として作用し、一次空気供給部３１から供給され
る空気は、微粒化した液体燃料を燃焼部２９へ搬送する
とともに、予混合空気として作用するので炎口３３で予
混合的燃焼をさせることができ、燃焼速度を拡散燃焼よ
りも大きくすることができる。さらに二次空気供給部３
４から燃焼用空気が供給され、従って炎口３３に形成さ
れる火炎長は小さくなり装置の小型化を図ることができ
る。そして燃焼部２９に搬送された液体燃料の微小粒子
と空気は可燃混合気となるので瞬時に点火燃焼ができ
る。さらに、従来のように液体燃料の粒子が大きい場合
の、粒子が火炎によって急激に沸騰する時の破裂音に起
因する燃焼騒音を、液体燃料の微粒化によって低減する
ことができて装置の低騒音化を図ることができる。

【００１６】次に本発明の他の実施例を図４を用いて説
明する。図において前記実施例と相違する点は、空気噴
出孔４２は燃料の噴流方向（矢印１）に対して９０度以
上の角度（θ）で空気流（矢印ｇ）が衝突する構成とし
たものである。この他の実施例の構成によれば空気と燃
料の相対速度はより大きい状態となり、空気噴流の運動
エネルギーを有効に活用することができるので一層微粒
化が促進され上記の効果を向上できる。

【００１７】

【発明の効果】上記実施例から明らかなように本発明の
液体燃料燃焼装置によれば次の効果が得られる。 （１）燃料ノズルから円形薄膜状に噴出した燃料噴流の
その膜厚はより薄く、噴出速度は減速して小さく、燃料
膜形成の状態は不安定な状態にある所定位置に微粒化用
の空気を直接衝突させることによって均一な微小粒子を
得ることができる。 （２）燃料ノズルと空気ノズルとの間には通気部を形成
しているので負圧域はなくなり濡れを回避して微粒化、
均一化の阻害要因を排除できる。 （３）空気噴出孔は燃料の噴流方向に対して９０度以上
の角度で空気流が衝突する構成としているので空気と燃
料の相対速度はより大きい状態となり、空気噴流の運動
エネルギーを有効に活用することができて一層微粒化を
促進することができる。 （４）均一で微小な燃料粒子が一次空気供給部３１から
供給される空気と混合しながら炎口３３に供給すると共
に二次空気供給部３４から燃焼用空気が供給されるよう
になっているので、良好な燃焼状態が得られる。 （５）空気噴流の付与による剪断力の作用で広い調節範
囲で霧化状態を得ることができるので小燃焼量の場合に
も液体燃料の微粒化が確保でき、燃焼量の調節幅を拡大
することができる。 （６）微粒化用の空気が一次空気の一部として作用し、
一次空気供給部から供給される空気は、微粒化した液体
燃料を燃焼部へ搬送するとともに、予混合空気として作
用するので炎口で予混合的燃焼をさせることができ、燃
焼速度を拡散燃焼よりも大きくすることができる。さら
に二次空気供給部から燃焼用空気が供給され、従って炎
口に形成される火炎長は小さくなり装置の小型化を図る
ことができる。 （７）燃焼部に搬送された液体燃料の微小粒子と空気は
可燃混合気となるので瞬時に点火燃焼ができる。 （８）均一で微小な燃料粒子の燃焼となるので、従来の
大きい燃料粒子が火炎によって急激に沸騰する時の破裂
音に起因する燃焼騒音を、液体燃料の微粒化によって低
減することができて装置の低騒音化を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における液体燃料燃焼装置の
要部断面図

【図２】同装置内の霧化部の要部断面図

【図３】同装置における霧化部の作用を説明する要部断
面図

【図４】本発明の他の実施例における液体燃料燃焼装置
の要部断面図

【図５】従来の液体燃料燃焼装置の要部断面図

【図６】従来の他の液体燃料燃焼装置の要部断面図

【符号の説明】

２０ 霧化室 ２１ 霧化部 ２９ 燃焼部 ３１ 一次空気供給部 ３４ 二次空気供給部 ３５ 燃料ノズル ３６ 液体燃料供給部 ３７ ノズルヘッド ３９ 燃料噴出孔 ４０ 空気ノズル ４１ 空気供給部 ４２ 空気噴出孔 ４３ 通気部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 肆矢 規夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−173308（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−238607（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−340008（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−272212（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−185313（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−143222（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−98919（ＪＰ，Ｕ) 実開 平５−45414（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23D 11/10 F23D 11/38

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液体燃料が供給される液体燃料供給部を有
   する燃料ノズルと、この燃料ノズルの先端に連結して前
   記燃料ノズルの先端外周との間に燃料噴出孔を形成した
   ノズルヘッドと、前記燃料ノズルの外周に設けられた前
   記燃料噴出孔から薄膜状に噴出した燃料噴流の所定位置
   に微粒化用の空気を衝突させるように供給し前記燃料噴
   出孔の外方に配設した空気噴出孔及びこの空気噴出孔に
   空気を供給する空気供給部を有する空気ノズルと、前記
   燃料ノズルと前記空気ノズルとの間に形成される通気部
   からなる霧化部と、この霧化部を内方に配設した霧化室
   と、この霧化室に一次空気を供給する一次空気供給部
   と、前記霧化室の下流に連通して設けた燃焼部と、この
   燃焼部へ空気を供給する二次空気供給部とを備えた液体
   燃料燃焼装置。
2. 【請求項２】燃料の噴流方向と空気流の方向とのなす角
   が９０度以上の角度になるように空気噴出孔を設けた請
   求項１記載の液体燃料燃焼装置。