JP3216911B2 - 気化器及びその加熱方法 - Google Patents

気化器及びその加熱方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液体燃料の燃焼装置、
例えば灯油の燃焼装置に用いられる気化器に関し、特に
石油ファンヒーターのような石油ストーブに用いられる
気化器及びその加熱方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、液体燃料の燃焼装置としては種々
のものがあるが、家庭用のものは取扱が簡単で、安全性
が高いというところから、灯油を燃焼させる、いわゆる
石油ストーブが多く使用され、それはより安全性を高め
るために改善されて石油ファンヒーターとなり、これは
現在広く使用されている。この石油ファンヒーターで
は、灯油は通常気化器で気化され空気と混合して燃焼室
に送られ、燃焼室で燃焼されるという燃焼方式を採って
いる。
【0003】このような石油ファンヒーターで使用され
ている気化器の形式としては、(1)油圧送・霧化、
(2)霧吹き、(3)ブンゼンなどの諸方式があるが、
いずれの方式でも灯油を気化させるためには、その沸点
160〜240℃以上に加熱する必要があるため、通常
気化器にシーズヒータを設けて電気加熱している。これ
を図面により説明すると、図5は従来の気化器の正面図
であり、図6はその縦断面図であり、図7はその底面図
である。図5に示す気化器20は、例えば外径50m
m、高さ約40mmの円筒状のアルミニウムダイカスト
製容器からなる本体21の上端周囲に環状のシーズヒー
ター23が設けられたものであり、前記シーズヒーター
23の一部にそれにつらなる導出部24が設けられてい
る。前記導出部24には前記シーズヒーター23に電流
を供給するためのリード線25が設けられ、それからの
電流によりシーズヒーター23が発熱し、本体21を外
側から加熱することにより、内部の気化室22を高い温
度とする。前記本体21の導出部24と反対側に予混合
供給口26が設けられ、そこから灯油と空気とが所定の
割合で送られ、気化室22に吹き込まれ、気化室22内
で加熱され、気化して蒸気となってその上部から燃焼室
(図示しない)へ送られる。27は底部である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような加
熱方式では、シーズヒーターのニクロム線の発熱体を電
気抵抗で発熱させ、絶縁物質のMgOの粉体及びシース
の金属を加熱させた後、気化器本体を主に伝導伝熱で加
熱するという二重の間接加熱法を取っているために、シ
ーズヒータのみの加熱に多くの熱量が必要となるので、
昇温時間が長く、また消費電力が大きいという問題があ
った。また、各物質間の熱抵抗が大きいため、所要温度
以上の高い温度にニクロム線を加熱するため、ニクロム
線の断線、劣化が生じ易く、耐久性に問題があった。
【0005】一方、灯油が気化器内で霧化するために
は、ノズルより噴出させた灯油の粒子の大小によってあ
る程度の滞留時間が必要となるが、実用上、気化器の温
度が約250℃に到達した時点で点火させているため、
点火前に灯油蒸気が外に出て、臭いを出すという欠点を
生ずることが避けられなかった。この対策としては、燃
焼時以外でも常時気化器に通電しておいて、スタート後
直ちに点火できるようにする機能を持たせた製品もある
が、このような手段を採ることはエネルギー消費の点で
かならずしも望ましくはない。
【0006】また、前記の問題とともに、石油ファンヒ
ーターは、その需要先の大半が一般家庭であるため、一
般家庭では総電力容量が2〜3KW程度と小さく、石油
ファンヒーターの消費電力が大きいときには、その総電
力容量のかなりの部分を占めることになって、他の家庭
用電気機器の使用に制約を与えることになると不都合で
あるので、その消費電力はなるべく小さい方がよい。さ
らに、石油ファンヒーターは、安全で高信頼性があり、
かつ安価であることが求められる。
【0007】本発明は、消費する電力が小さく、かつ安
全で高信頼性がある液体燃料用の気化器を提供すること
を目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者は、前記の問題
点を解決するために気化器の構造等について種々検討し
ところ、気化器の性状、すなわち形状と材質の物性が重
要であり、特に急速加熱の場合には、電力一定の時、加
熱源を含めた気化器の密度、体積及び比熱を小さくし、
熱拡散率及び電力密度を大きくすることが必要であるこ
とがわかった。それを勘案して、熱拡散率及び電力密度
を大きくする手段を検討した結果、本発明に到達した。
【0009】すなわち、本発明は、下記の手段によって
前記の目的を達成した。 (1) 液体燃料と空気、又は液体燃料を導入し、それ
らを加熱して液体燃料を気化させる気化器において、気
化器の器壁上又は底部に溶射により形成した薄膜状の電
気抵抗発熱体を設けたことを特徴とする気化器。 (2) 前記(1)項記載の気化器に設けた溶射により
形成した薄膜状の電気抵抗発熱体に通電することによ
り、電気抵抗加熱で気化器を加熱することを特徴とする
気化器の加熱方法。
【0010】本発明の気化器における本体の形状は、従
来の気化器の本体の形状と同じでよく、例えば図5に示
す形状のものでもよい。この気化器本体を構成する材質
としては、例えばアルミニウム又はその合金、銅合金、
マグネシウム合金、ニッケル合金などが使用でき、中で
もアルミニウム、又はその合金が好ましく、それを用い
てダイカスト法で気化器本体を製造することができる。
【0011】気化器の器壁上に設ける薄膜状の電気抵抗
発熱体の位置としては、気化器の外壁、内壁上、又は底
部のいずれでもよく、2個所以上に設けてもよいが、内
壁上の場合には液体燃料などにより直接又は間接に影響
を受けるので、その影響がない外壁上の方がよい。外壁
上の設置位置としては、その薄膜状の電気抵抗発熱体か
ら発生した熱を気化器の器壁を通して内部の気化室内に
伝えるため、外壁の上端に近い方が好ましいが、幅広く
設置する場合にはあまり問題にはならない。
【0012】薄膜状の電気抵抗発熱体としては、既に知
られたものをそのまま使用することができる。その厚さ
としては、例えば5mm以内の薄膜のものがよい。その
発熱体を気化器の器壁上又は底部上に形成するのには、
溶射により製造することができる。その具体的製造手段
は既に知られた手段を採用することができる。溶射発熱
体に関しては、セラミックス発熱体(特開昭59−94
394号公報)、熱定着ロール(特開昭59−1544
78号公報)、天然砂鉄原料を用いた面発熱皮膜の形成
方法(特公平2−56425号公報)などの技術があ
り、これらの技術手段を用いてもよい。
【0013】その際、気化器本体が導電性のアルミニウ
ムなどの金属で構成されているため、前記の薄膜状の電
気抵抗発熱体は、絶縁の必要から気化器の器壁などの上
に予め絶縁層を形成させておき、その層の上に薄層状の
電気抵抗体からなる発熱層を設けるようにして形成す
る。前記の電気抵抗体としては、ニッケル−クロムなど
すでに知られたものを使用することができる。また、こ
のように形成した前記の薄膜状の電気抵抗発熱体は、温
度が高くなるため空気中の酸素により酸化されたりする
ので、その保護のため、あるいはその発熱体が気化器の
外壁上にある場合には外気に接しているため、発生した
熱が外に放散されることになるので、その放熱防止のた
めに、その発熱体の上に保護層を設けることが好まし
い。その保護層としては、酸化アルミニウム粉末などの
耐火物層や樹脂層を設けることができるが、緻密性が高
い点から耐熱性の樹脂層を設けることが好ましい。
【0014】例えば、アルミニウム製の気化器の外表面
にプラズマ溶射によりアルミナ絶縁層、ニッケル−クロ
ム発熱層、アルミナ絶縁層を順次設けて、厚さが数mm
以下、好ましくは0.2〜3mmの薄膜発熱体を形成す
ることが好ましい。その厚さはもっと薄いものでも差し
支えない。本発明の気化器を図面により具体的に説明す
ると、図1及び図2は、本発明の気化器の1例を示すも
のであって、図1はその一部縦断側面図であり、図2は
底面図である。気化器1は、底部4を有するアルミニウ
ム製円筒状体で、中空である円筒部2の上端にフランジ
3が設けられ、円筒部2の一部に予混合供給口5が設け
られ、ここから液体燃料と空気が供給される。前記円筒
部2の外壁6上に例えばアルミナなどからなる絶縁層7
を設け、その層の上に例えばニッケル−クロムの薄膜か
らなる発熱層8を溶射により形成する。前記発熱層8
は、図1に見るように、帯状に間隔を開けて設け、各帯
状部は端部で互いに接続するようにさせる。上方の発熱
層と下方の発熱層の端部11、12にそれぞれリード線
13を接続して、発熱層に電流を流せるようにする。そ
して、この発熱層8の上に例えばアルミナからなる絶縁
層9を設けて、薄膜状の電気抵抗発熱体10が形成され
る。なお、14は座である。
【0015】図3は、本発明で用いる薄膜状の電気抵抗
発熱体10の構造を説明するための拡大縦断面図であ
り、気化器1の円筒部2(側壁に当たる)の一部を縦断
した部分を拡大して示すものであり、この図から発熱体
の構造が明らかである。
【0016】
【作用】本発明で用いる厚さ数mm以下のように薄い薄
膜状の発熱体は、それ自身の時定数が本質的に小さいた
め、これを密着した気化器の特性により気化器の時定数
が決定される。基本的には、その密度、体積、比熱が小
さいほど時定数は小さくなる作用を有している。
【0017】また、気化器全体を均一温度にするために
は、薄膜発熱体を可能な限り全体に設ける方がよい。し
かし、作業性を考慮すれば、気化器外表面のみに加工し
ても迅速に伝導伝熱で加熱されることがわかった。加え
て、密着性が良く、また各材料が薄いため、接触等の伝
熱抵抗が小さく、発熱体の温度は所定温度より数十度程
度の増加でよく、それらにより材料の劣化が起こり難い
という利点を生ずる。
【0018】なお、本発明を石油ファンヒーターの気化
器の例で説明したが、その原理は他の液体燃料を気化す
る場合に共通していることであるから、他の液体燃料の
燃焼装置における気化器にも適用できるものである。
【0019】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。ただし、本発明はこの実施例のみに限定されるもの
ではない。 実施例1 図1に示す気化器と同様な形状を有する、円筒部の外径
が50mm、高さが31mmである、アルミニウム製気
化器の外表面に、プラズマ溶射により順次、絶縁層とし
て0.3mmのアルミナ・チタニヤ層、発熱層として厚
さ0.1mm、幅3mm、長さ50mmのニッケル−ク
ロム+チタニヤの混合比1:1の混合層、断熱絶縁層と
して耐熱樹脂を塗布した後(厚さ約0.1mm)、ニッ
ケル−クロム層の両端に銀ペーストとリード線を固着さ
せて電極として、薄膜の抵抗発熱体を形成させた。
【0020】この薄膜の抵抗発熱体に、電力をそれぞれ
100Vで、200W、350W、500Wを印加し、
気化器の昇温速度を測定して、昇温特性を調べた。その
際、気化器の温度分布を測定するため、その底部と予混
合供給口の2ケ所にK型熱電対を設けた。図2中の及
びは、前記熱電対を設けた位置を示す。その際、比較
のため、同じ大きさの気化器の外周にニッケル−クロム
のシーズ線を設けた構造の、従来型の気化器についても
測定を行った。
【0021】これらの測定結果を図4に示す。図4によ
れば、従来型の気化器では、500Wの電力で250℃
程度に到達する時間が約2分20秒費やしていたのが、
本発明の気化器においては約1分10秒でよく、1/2
程度に短縮された。なお、図中の温度は、気化器底部の
温度である。
【0022】
【発明の効果】本発明の気化器においては、薄膜発熱体
を用いることにより、昇温速度が従来型のものに比して
約2倍に向上した。このため、熱効率もよく、消費電力
を低下させることができる。昇温速度が大きいため、速
やかに点火することができるので、スタートが早く、か
つ点火の際に液体燃料の臭いが出ることが少なくなる。
また、薄膜発熱体を用いているため、気化器の構造がコ
ンパクトになる。そして、この発熱体の劣化、断線が少
ない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1例である気化器の一部縦断側面図を
示す。
【図2】本発明の1例である気化器の底面図を示す。
【図3】本発明の1例である気化器の円筒部の一部の縦
断面図を示す。
【図4】実施例における気化器の昇温速度を表すグラフ
を示す。
【図5】従来型の気化器の正面図を示す。
【図6】従来型の気化器の縦断面図を示す。
【図7】従来型の気化器の底面図を示す。
【符号の説明】
1 気化器 2 円筒部 3 フランジ 4 底部 5 予混合供給口 6 外壁 7 絶縁層 8 発熱層 9 絶縁層 10 薄膜電気抵抗発熱体 11 端部 12 端部 13 リード線 14 座
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 別所 信頼 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会 社荏原製作所内 (72)発明者 上野 修一 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会 社荏原製作所内 (72)発明者 村田 好和 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会 社荏原製作所内 (56)参考文献 実開 昭64−54625(JP,U) 実開 平1−106722(JP,U) 実開 昭55−77019(JP,U) 実開 昭61−69625(JP,U) 国際公開91/4348(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F23D 11/44 F23D 11/10

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液体燃料と空気、又は液体燃料を導入
    し、それらを加熱して液体燃料を気化させる気化器にお
    いて、気化器の器壁上又は底部に溶射により形成した
    膜状の電気抵抗発熱体を設けたことを特徴とする気化
    器。
  2. 【請求項2】 請求項1の気化器に設けた溶射により形
    成した薄膜状の電気抵抗発熱体に通電することにより、
    電気抵抗加熱で気化器を加熱することを特徴とする気化
    器の加熱方法。
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