JP3144116B2 - 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３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３
を通って圧力噴霧ノズル４から噴出して霧化され、燃焼
室５へ噴霧される。一方、燃焼用空気は、送風ファン６
により送風路７を通り燃焼室５へ供給される。このと
き、圧力噴霧ノズル４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４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からノズル１１に供給さ
れ、電気ヒータ１２が埋め込まれた気化筒１３で形成さ
れた高温状態の気化室１４へ液滴状態で送出され、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１６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１４へ供給される。このとき気
化した燃料と混合し、燃焼室１８内に設けられた炎口１
９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３）は、圧力噴霧ノズル４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、機器の小型化が困難であった。また、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難しか
った。さらに、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】また、気化燃焼装置（図４）は、液体燃料
を一旦気化させるために、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１３及び気化室１４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、燃焼立上りの瞬間性
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、低騒音かつ小型で、燃焼
量の調節幅の大きな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とこの
液体燃料供給部から旋回を与えながら先端に液体燃料を
供給する旋回通路と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との間に旋回室を
形成しさらに前記燃料ノズルの先端外周との間に燃料噴
出口を形成したノズルヘッドと、前記燃料ノズルの外周
にあり、前記燃料噴出口から薄膜状に噴出した旋回燃料
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
記燃料噴出口の外方に配設した空気噴出口と、この空気
噴出口に空気を供給する空気供給部を有する霧化部と、
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、液体噴出口から旋
回させながら円盤薄膜状に液体を噴出させるので安定し
た液体噴流を形成するとともに、液体噴出口より膜厚が
薄い液体噴流の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るので、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、瞬間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。一
方、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２８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。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、燃料はこの液体燃料供給部３６から旋回流
として供給する複数本の旋回通路３７によって先端部に
供給される。燃料ノズル３５上端面には環状の窪みを形
成した旋回室３８が形成してあり、さらにノズルヘッド
３９の突出部４０と固定ねじ４１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口４２を形成し
ている。液体燃料は燃料供給管２４から液体燃料供給部
３６に供給され旋回通路３７を経て燃料ノズル３５とノ
ズルヘッド３９の間に形成される旋回室３８で旋回力を
与えられ、燃料噴出口４２から円形薄膜状の燃料噴流Ｌ
となって噴出する。空気ノズル４３は燃料ノズル３５の
同心外周に位置し、空気給部４４から微粒化用の空気が
供給される。空気ノズル４３の下流側、燃料噴流Ｌの外
周先端の真下には空気噴出口４５を設けている。この空
気噴出口４５は燃料噴出口４２の先端から距離Ａを有す
る位置に配設している。微粒化用空気は空気供給管２６
通って空気供給部４４に供給され、空気噴出口４５から
燃料噴出口４２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２３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、旋回通路３７を経て
旋回室３８に至り、燃料噴出口４２から旋回しながら円
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４４に供給され空気噴出口４
５から、円形薄膜状に噴出した燃料噴流Ｌに向かって噴
出する。この時、円形薄膜状の燃料噴流Ｌの所定位置
（先端部分）に燃料の噴出方向に対して、空気流が直接
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、燃料噴出口４２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。膜厚が薄くなると膜の形成状態が不安定に
なり、均一性が悪くなるが、本実施例では液流に旋回力
を付加しているので液膜が均質化され、分裂に到るま径
方向に均一な円形薄膜状の燃料噴流を得ることができ
る。また、燃料の噴出速度は燃料噴出口４２から噴出し
た直後は大きく、燃料噴出口４２から離れるに従って減
速して小さくなる。円形薄膜状の燃料噴流Ｌ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、空気噴出口４５を燃料噴出口４２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、燃料の噴出速度が減速して小さく
なる位置の燃料噴流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（Ｌｂ）
の燃料噴流に空気噴流が直接衝突するので微粒化が効果
的におこなわれる。また、円形薄膜状の燃料噴流Ｌに旋
回力を付与しているので、半径方向で液膜の形成状態が
均一となり、ばらつきの少ない、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３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。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をする。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から旋回力を持った燃料を噴
出し、径方向に均質な円形薄膜状の燃料噴流Ｌを形成す
るとともに、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。また、この霧化
部２１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。微粒化用の空気や、一次
空気供給部３１から霧化室２０に供給される空気は、予
混合用空気としても作用するので、炎口３３で予混合的
燃焼をし、燃焼速度を拡散燃焼よりも大きくすることが
できるとともに、二次空気供給部３４から燃焼用空気が
供給されるので、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。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】

【発明の効果】上記実施例から明らかなように本発明の
液体燃料燃焼装置は、液体燃料が供給される液体燃料供
給部とこの液体燃料供給部から旋回を与えながら先端に
液体燃料を供給する旋回通路とを有する燃料ノズルと、
この燃料ノズルの先端に旋回室を形成し、さらに燃料ノ
ズルの先端外周との間に燃料噴出口を形成するように設
定されたノズルヘッドと、燃料ノズルの外周にあり燃料
噴出口から薄膜状に噴出した旋回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燃料噴出口の外方に
配設した空気噴出口と、この空気噴出口に空気を供給す
る空気供給部とからなる霧化部と、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、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。したがって、優れた燃焼特性を得るとと
もに、燃焼量の調節幅を大きくすることができ、燃焼騒
音を低減し、火炎の短炎化により装置の小型化が可能と
なり、燃焼の立ち上がりの瞬間性を大幅に向上できる。

【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】同装置の霧化部の要部断面図

【図３】従来の液体燃料燃焼装置の要部断面図

【図４】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 旋回通路 ３８ 旋回室 ３９ ノズルヘッド ４２ 燃料噴出口 ４３ 空気ノズル ４４ 空気供給部 ４５ 空気噴出口

───────────────────────────────────────────────────── 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 平６−221517（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23D 11/24 F23D 11/38 F23D 11/40 - 11/44

Claims (1)

(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とこ
   の液体燃料供給部から旋回を与えながら先端に液体燃料
   を供給する旋回通路とを有する燃料ノズルと、この燃料
   ノズルの先端に旋回室を形成し、さらに前記燃料ノズル
   の先端外周との間に燃料噴出口を形成するように設定さ
   れたノズルヘッドと、前記燃料ノズルの外周にあり前記
   燃料噴出口から薄膜状に噴出した旋回燃料噴流の所定位
   置に微粒化用の空気を衝突させるように前記燃料噴出口
   の外方に配設した空気噴出口と、この空気噴出口に空気
   を供給する空気供給部とを有する空気ノズルからなる霧
   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液体燃料燃焼装置。