JP3625175B2 - 燃焼装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃焼空気と燃料とを予混合して燃焼させる家庭用暖房機に使用される燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液体燃料を気化させて燃焼させる燃焼装置の代表例は、例えば、特開平３−１５６２０４号公報に示されているものがある。同公報では、灯油などの液体燃料を気化させる気化室の上部に１次火炎が形成されるバーナヘッドが設けられ、気化室の側壁には送風管と燃料供給パイプとが設置されている。気化室に、送風機から送風管を介して燃焼空気が供給され、燃料ポンプから燃料パイプを介して液体燃料が供給されて、液体燃料は気化に必要な温度まで予熱された気化面で気化され、燃焼空気との混合気が生成される。この燃焼装置における混合気中の燃焼空気の量は、灯油が理論的に完全燃焼する空気量（＝理論空気量）の０．８倍程度、つまり空気比が０．８に相当する量が供給される。この混合気はバーナヘッドの炎孔上で点火装置により着火され、１次火炎が形成される。完全燃焼に必要な残りの２次空気は対流ファンから供給され、１次火炎の後流の１次燃焼ガスは完全燃焼され、この燃焼ガスが室内暖房に利用される。この種の燃焼装置は、２次空気を１次火炎の後流の１次燃焼ガスに供給するため大きな２次火炎が形成され比較的大きな燃焼室が必要となり、そのため燃焼装置全体が大きくなるという問題がある。
【０００３】
この問題を解決するために、完全燃焼に必要な２次空気を１次火炎近傍に強制的に供給し、燃焼を促進させることにより２次火炎を短くして燃焼室を小さくするような燃焼装置の例が実開昭５６−１７３８１９号公報に示されている。図１３は、同公報に示された燃焼装置を示す部分断面図である。図において、２１は本体、２２は気化兼混合室、２３は燃焼室、２４はノズル、２５は１次燃焼用空気通路、２６は送風機、２７は定油面器、２８は加圧管、２９は２次空気用空気通路、３０は液体燃料供給路、３１は２次空気案内板、３２は炎孔、３３はバルブであり、バルブ３３が開になりノズル２４から供給された液体燃料は送風気２６から供給された１次空気と気化兼混合室２２で混合され、混合された混合気は気化兼混合室２２上方の炎孔３２で着火されて１次火炎が形成される。また、２次空気が、２次空気用空気通路２９を通って２次空気案内板３１により１次火炎の方向に導かれ、１次火炎近傍に供給されて比較的短い２次火炎が形成される。
【０００４】
しかしながら、この種の燃焼装置では燃焼を促進させていることにより、燃焼反応が急激に進み、２次火炎温度が上昇して窒素酸化物（以下、ＮＯｘと記述）が発生しやすくなるという問題点があった。
【０００５】
また、温度上昇によりバーナヘッド周囲の変形や損傷が発生する、また逆火を起こしやすくなるという問題点もあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来の燃焼装置では燃焼室は小さくできるもののＮＯｘが発生しやすくなったり、温度上昇によりバーナヘッド周囲の変形や損傷が発生する、また、逆火を起こしやすくなるという問題点があった。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、２次空気を１次火炎近傍に供給して２次火炎を短くし、燃焼室を小さくすると共に、ＮＯｘの発生を抑制し、かつバーナヘッド周囲の変形や損傷、また逆火の発生を防止することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る第１の燃焼装置は、液体燃料を気化する気化手段と、
前記気化手段に液体燃料を供給する液体燃料供給手段と、
前記気化手段に１次空気を供給する第１の空気供給手段と、
前記気化手段に連通し、前記気化手段により気化された燃料と前記１次空気とが混合されてなる混合気を噴出して１次火炎が形成される炎孔を備えた筒状のバーナヘッドと、
前記炎孔から噴出する混合気に着火する着火手段と、
前記１次火炎の周囲に設けられる保炎リングと、
前記１次火炎に供給して２次火炎を形成する２次空気が流通する２次空気流通路と、
前記バーナヘッドの上面に空隙を形成し、前記２次空気流通路から供給された２次空気を前記１次火炎の方向へ導くための２次空気案内板と、
前記２次空気案内板と前記バーナヘッド上面との間の空隙から前記１次火炎近傍に前記２次空気を吹き出し、その全部または一部が前記保炎リングの上端以下の位置にあり、前記２次火炎を前記保炎リングに押し付ける吹出口とを備えたものである。
【０００９】
この発明に係る第２の燃焼装置は、液体燃料を気化する気化手段と、
前記気化手段に液体燃料を供給する液体燃料供給手段と、
前記気化手段に１次空気を供給する第１の空気供給手段と、
前記気化手段に連通し、前記気化手段により気化された燃料と前記１次空気とが混合されてなる混合気を噴出して１次火炎が形成される炎孔を備えた筒状のバーナヘッドと、
前記炎孔から噴出する混合気に着火する着火手段と、
前記１次火炎の周囲に設けられる保炎リングと、
前記１次火炎に供給して２次火炎を形成する２次空気が流通する２次空気流通路と、
前記バーナヘッドの上面に空隙を形成し、前記２次空気流通路から供給された２次空気を前記１次火炎の方向へ導き、前記バーナヘッドの外径より大きく、前記２次火炎が接触する２次空気案内板と、
前記２次空気案内板と前記バーナヘッド上面との間の空隙から前記１次火炎近傍に前記２次空気を吹き出す吹出口とを備えたものである。
【００１０】
この発明に係る第３の燃焼装置は、前記第１または第２の燃焼装置において、２次空気案内板の外周部を下方に下げて折曲したものである。
【００１１】
この発明に係る第４の燃焼装置は、前記第１ないし第３のいずれかの燃焼装置において、２次空気案内板の外周部の端部を上方に上げて断面Ｌ字状に折曲したものである。
【００１２】
この発明に係る第５の燃焼装置は、前記第１ないし第４のいずれかの燃焼装置において、２次空気案内板の外周部に所定深さに切り込まれた溝を形成し、この溝形成部近傍に着火手段を配設したものである。
【００１３】
この発明に係る第６の燃焼装置は、前記第５の燃焼装置において、溝形成部の２次空気案内板を部分的に下方に折り曲げて、２次空気の流速を緩和する折曲部を形成したものである。
【００１４】
この発明に係る第７の燃焼装置は、前記第１ないし第６のいずれかの燃焼装置において、２次空気案内板を保炎リングに連設したものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態１における燃焼装置の構成を示す断面図である。図において、１は灯油燃料を気化させるための部屋である気化室、２はその気化室１の側壁に埋設され、その気化室１を加熱する電熱ヒータ、３は気化室１の上部に嵌合固定された絞り部、４はその絞り部３の上部に設けられたバーナヘッド、５は１次火炎６が形成される炎孔、７は分流室、８は空気ノズル、９は２次空気流通路、１０は２次空気、１１は２次空気案内板、１２は２次空気吹出口、１４は着火プラグ、１５はバーナヘッド４の周囲を取り囲む円筒状の保炎リング、１６は２次火炎、１７は燃焼筒である。
【００１６】
本実施の形態においては、完全燃焼を行うための２次空気１０は２次空気吹出口１２によって１次火炎６近傍に強制的に供給される。また、２次空気吹出口１２の全部が、保炎リング１５の上端以下の位置にある。
【００１７】
なお、気化室１、電熱ヒータ２および絞り部３により、空気と燃料とを予混合して混合気を生成する予混合室を構成する。また、空気ノズル８は、燃焼用送風機（図示せず）に接続され、燃焼用送風機から供給された空気は、分流室７で気化室１へ供給する１次空気と、２次空気流通口９へ供給する２次空気に分岐される。また、２次空気吹出口１２はバーナヘッド４と２次空気案内板１１で形成されている。燃料供給管１３は、空気ノズル８と同軸上にあり、且つ先端部が気化室１内部に突出するように配置され、灯油タンク（図示せず）の灯油はこの燃料供給管１３を介して灯油ポンプ（図示せず）によって気化室１に供給される。
【００１８】
次に、動作について説明する。電熱ヒータ２に通電することにより、灯油燃料の気化に必要な温度（２５０〜３００℃）まで気化室１が予熱される。予熱完了後、燃焼用送風機から送られた燃焼空気が、空気ノズル８から気化室１に１次空気として供給される。また、燃料供給管１３からは、所定量の灯油燃料が常に気化室１に供給される。１次空気の供給量は灯油が理論的に完全燃焼する空気量（＝理論空気量）の０．８倍程度、つまり空気比が０．８に相当する量である。完全燃焼に必要な残りの空気は２次空気１０で供給され、通常その空気量は空気比が０．４〜０．８に相当する量である。
【００１９】
供給された灯油燃料は、１次空気の流れにより微粒化され、予熱された気化面で気化する。気化した灯油燃料は、絞り部３を通過する際に、更に１次空気と予混合されて濃度分布が均一な混合気になる。このようにして生成された混合気はバーナヘッド４の炎孔５から流出し、着火用プラグ１４から炎孔５の外周部へ放電された火花により着火されて１次火炎６を形成する。１次火炎６には２次空気吹出口１２から直ちに２次空気１０が供給され２次火炎１６を形成する。この２次火炎１６は、保炎リング１５により燃焼の安定性を確保されながら燃焼筒１７の内部空間で完全燃焼が行われる。燃焼したガスは対流ファン（図示せず）からの空気と混合され、室内暖房などに利用される。燃焼開始後は、火炎から熱回収が行われることにより気化室１が加熱されるので、電熱ヒータ２への通電は不要となる。
【００２０】
完全燃焼を行うための２次空気１０は、２次空気吹出口１２によって１次火炎６近傍に強制的に供給されるため、燃焼反応が促進される。このため２次火炎１６が短くなり、燃焼に必要な燃焼空間が少なくなるため燃焼筒１７がコンパクトになり、燃焼装置の小型化が実現できる。
【００２１】
また、２次空気吹出口１２の全部分を保炎リング１５の上端以下の位置に設置したので、バーナヘッド４の内側から外側に向けられて供給される２次空気１０により２次火炎１６が保炎リング１５に押しつけられ、２次火炎１６から保炎リング１５に火炎の熱が伝わり、保炎リング１５に伝わった熱は気化室１へ伝導される、あるいは輻射熱として周囲に放散され、２次火炎１６が冷却される。その結果、２次火炎１６中で生じるＮＯｘの生成を抑制することができる。
【００２２】
また２次火炎１６の温度が低下することにより、バーナヘッド周囲の変形や損傷、また逆火の発生を防止することが出来る。
【００２３】
なお、保炎リング１５の形状は、円筒形状に限る必要はなく、保炎リング１５の上端部分を下端部分より拡げてラッパ形状にしたものなど種々の形状が可能である。
【００２４】
実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２における燃焼装置の構成を示す断面図である。図２において、図１と同一符号は同一部分または相当部分を示す。
【００２５】
本実施の形態は、２次空気吹出口１２の一部分を保炎リング１５の上端以下の位置に設置したものである。このような場合でも２次空気１０により２次火炎１６が保炎リング１５に押しつけられる効果があるので、２次火炎１６が冷却されてＮＯｘの生成を抑制することができる。
【００２６】
図３は、上記実施の形態１および２におけるＮＯｘの生成量および保炎リングの温度の試験結果を示す特性図で、比較のため従来の燃焼装置の場合、すなわち、２次空気吹出口１２の全部を保炎リング１５の上端位置より上方に設置した場合の特性とともに示している。
【００２７】
暖房出力（燃焼量）４ｋＷの場合には、従来の燃焼装置ではＮＯｘ排出濃度は約１３０ｐｐｍ程度である。本発明の実施の形態２の場合には、保炎リング１５の温度が約７６０℃に上昇しており、２次火炎１６が冷却されていることがわかる。この時のＮＯｘの排出濃度は約１０５ｐｐｍに減少する。本発明の実施の形態１の場合には保炎リング１５の温度は約８１０度まで上昇し、更に２次火炎１６が冷却されており、ＮＯｘ排出濃度も約９０ｐｐｍまで減少する。
【００２８】
実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３における燃焼装置の構成を示す断面図である。図３において、図１と同一符号は同一部分または相当部分を示す。
【００２９】
本実施の形態は、２次空気案内板１１の外径をバーナヘッド４の外径より大きくしたものであり、２次空気案内板１１に２次火炎１６を接触させることができる。２次火炎１６が２次空気案内板１１に接触するため、２次火炎１６から２次空気案内板１１に火炎の熱が伝わり、２次空気案内板１１に伝わった熱は輻射熱として周囲に放散され、２次火炎１６が冷却される。その結果、２次火炎１６中で生じるＮＯｘの生成を抑制することができる。
【００３０】
また、２次火炎１６の温度が低下することにより、バーナヘッド周囲の変形や損傷、また逆火の発生を防止することが出来る
【００３１】
本発明者等の試験結果によれば、上記実施例の実施の形態３の燃焼装置を用いた場合、すなわち、２次空気案内板１１の外径をバーナヘッド４の外径より大きくした場合のＮＯｘの排出特性と２次空気案内板１１の温度の関係の例は図５のごとくである。図５には比較のため従来の燃焼装置、すなわち、２次空気案内板１１の外径をバーナヘッド４の外径φ５６と同じくした場合のＮＯｘ排出特性も示してある。
【００３２】
暖房出力（燃焼量）４ｋＷの場合には、従来の燃焼装置ではＮＯｘ排出濃度は約１３０ｐｐｍ程度である。本実施の形態のように２次空気案内板１１の外径をバーナヘッド４の外径（φ５６）より大きくしてφ６６にした場合には、２次空気案内板１１の温度が約７００度に上昇しており２次火炎１６が冷却されていることがわかる。この時のＮＯｘ排出濃度は約１１０ｐｐｍに減少する。２次空気案内板１１の外径をさらに大きくしてφ７６にした場合には２次火炎１６と２次空気案内板１１の接触度合いが増加するので、２次空気案内板１１の温度は約７７０℃まで上昇する。すなわち、更に２次火炎１６が冷却されており、ＮＯｘ排出濃度も約９０ｐｐｍまで減少する。
【００３３】
実施の形態４．
図６は、本発明の実施の形態４における燃焼装置の構成を示す断面図である。図６において、図１と同一符号は同一部分または相当部分を示す。
【００３４】
本実施の形態は、上記実施の形態１ないし３において、２次空気案内板１１の外周部を下方に下げて折曲したものであり、２次空気１０を１次火炎６の近傍にまで導くことができ、特に、低暖房出力（低燃焼量）時の燃料未燃分及び一酸化炭素（以下ＣＯと記述）が２次空気１５と反応しやすくなり、完全燃焼を行うことができる。
【００３５】
図７は、本実施の形態におけるＣＯの排出特性を、比較のために２次空気案内板１１の外周部にの折曲がない場合のＣＯの排出特性とともに示した特性図である。図は、燃焼装置の暖房出力（燃焼量）が０．５ｋＷのときのＣＯ排出特性を示している。
【００３６】
低燃焼量時には燃料と燃焼空気の流量がともに小さくなり、燃料と燃焼空気の混合が弱くなって、一般的に燃焼が悪化しやすくなるが、図７から明らかなように、本実施の形態では、２次空気１０を１次火炎６の近傍にまで導いたので、燃料と燃焼空気の混合がよくなり、ＣＯ排出特性が改善されていることが分かる。
【００３７】
実施の形態５．
図８は、本発明の実施の形態５における燃焼装置の構成を示す断面図である。図８において、図１と同一符号は同一部分または相当部分を示す。
【００３８】
本実施の形態は、上記実施の形態１ないし３において、２次空気案内板１１の外周部の端部を上方に上げて断面Ｌ字状に折曲した折曲部１８を設けたものである。２次空気案内板１１には２次火炎１６が接触するため温度が上昇する。
【００３９】
本実施の形態によれば、温度上昇は２次空気案内板１１の材料の耐熱温度以下の十分使用可能な範囲内の温度であるが、外周部の端部を上方に上げて断面Ｌ字状に折曲したことで強度が増し、２次空気案内板１１の薄肉化や耐久性の向上を図ることができる。
【００４０】
なお、図９に示すように、２次空気案内板１１の外周部を下方に下げて折曲した実施の形態４の場合についても、外周部の端部を上方に上げて断面Ｌ字状に折曲すれば板の薄肉化や耐久性の向上を図ることができる。
【００４１】
実施の形態６．
図１０は、本発明の実施の形態６における燃焼装置の構成を示す断面図である。図１０において図１と同一符号は同一部分または相当部分を示す。
【００４２】
本実施の形態は、上記実施の形態１ないし５において、２次空気案内板１１に切り込まれた溝１９を設け、着火用プラグ１４を２次空気案内板１１の溝１９内に配設したものである。
【００４３】
混合気に着火する際は着火用プラグ１４から炎孔５に放電を行うが、２次空気案内板１１と放電プラグ１４が近接している場合には２次空気案内板１１と放電プラグ１４の間で火花が生じ、炎孔５への着火性が悪化する場合がある。本実施の形態では、着火用プラグ１４を２次空気案内板１１に切り込まれた溝１９近傍に配設し、着火用プラグ１４と２次空気案内板１１との距離を、着火用プラグ１４と炎孔５との距離よりも大きくしたので、着火用プラグ１４から２次空気案内板１１への誤放電が防止され、炎孔５への着火性が悪化する心配がない。
【００４４】
実施の形態７．
図１１は、本発明の実施の形態７における、燃焼装置の構成を示す断面図である。図１１において、図１と同一符号は同一部分または相当部分を示す。
【００４５】
本実施の形態は、上記実施の形態６において、２次空気案内板１１の溝１９を部分的に下方に下げて折曲し、２次空気吹出口１２から着火用プラグ１４に吹き出される２次空気の流速を抑制するようにしたものである。
【００４６】
混合気に着火する際は着火用プラグ１４から炎孔５に放電を行うが、２次空気１０が供給されている場合は、着火用プラグ１４に近接する炎孔５の周囲の空気流速が高くなる場合があるため、バーナが冷たい状態や大気温度が低い条件では、火花放電による着火性が悪化する場合がある。
【００４７】
本実施の形態では、着火用プラグ１４の周囲の２次空気案内板１１を部分的に下方に下げて折曲したので、着火用プラグ１４の周囲の２次空気の流速が高くならない。このため、炎孔５への着火性が悪化することがない。
【００４８】
実施の形態８．
図１２は、本発明の実施の形態８における燃焼装置の構成を示す断面図（ａ）および平面図（ｂ）である。図１２において、図１と同一符号は同一部分または相当部分を示す。
【００４９】
本実施の形態は、上記実施の形態１ないし７において、２次空気案内板１１を、保炎リング１５に連接したものである。
【００５０】
２次空気案内板１１は、２次火炎１６が接触するため温度が上昇する。この温度上昇のため、２次空気案内板１１をバーナヘッド４に連接した場合は高温の２次空気案内板１１の熱が伝導してバーナヘッド４の温度が過度に上昇して変形、損傷を起こし、また逆火を起こしやすくなることがある。
【００５１】
本実施の形態では、２次空気案内板１１を保炎リング１５に連接したので、２次空気案内板１１の熱がバーナヘッド４に伝導することがなく、温度上昇による変形、損傷、逆火を起こすことがない。
【００５２】
【発明の効果】
この発明に係わる第１の燃焼装置によれば、２次空気案内板とバーナヘッド上面との間の空隙から１次火炎近傍に２次空気を吹き出す吹出口の全部または一部が、保炎リングの上端以下の位置にあり、２次火炎を保炎リングに押し付けるようにしたので、２次火炎が保炎リングによって冷却され、ＮＯｘの生成を抑制することができ、バーナヘッド周囲の変形や損傷、また逆火の発生を防止することができる。
【００５３】
この発明に係わる第２の燃焼装置によれば、２次空気案内板の外径を２次火炎が接触する程度にバーナヘッドの外径より大きくしたので、２次火炎が２次空気案内板で冷却され、ＮＯｘの生成を抑制することができ、バーナヘッド周囲の変形や損傷、また逆火の発生を防止することができる。
【００５４】
この発明に係わる第３の燃焼装置によれば、２次空気案内板の外周部を下方に下げて折曲したので、特に低暖房出力（低燃焼量）時の完全燃焼を行うことができる。
【００５５】
この発明に係わる第４の燃焼装置によれば、２次空気案内板の外周部の端部を上方に上げて断面Ｌ字状に折曲したので、２次空気案内板の薄肉化や耐久性の向上を図ることができる。
【００５６】
この発明に係わる第５の燃焼装置によれば、２次空気案内板の外周部に所定深さに切り込まれた溝を形成し、この溝形成部近傍に着火手段を配設したので着火性が悪化することがない。
【００５７】
この発明に係わる第６の燃焼装置によれば、溝形成部の２次空気案内板を部分的に下方に下げて折り曲げて、２次空気の流速を緩和する折曲部を形成したので着火性が悪化することがない。
【００５８】
この発明に係わる第７の燃焼装置によれば、２次空気案内板を保炎リングに連設したのでバーナヘッド周囲の変形や損傷、また逆火の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１における燃焼装置の構成を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態２における燃焼装置の構成を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１と２と従来例との試験結果による特性比較図である。
【図４】この発明の実施の形態３における燃焼装置の構成を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態３と従来例との試験結果による特性比較図である。
【図６】この発明の実施の形態４における燃焼装置の構成を示す断面図である。
【図７】この発明の実施の形態４と従来例との試験結果による特性比較図である。。
【図８】この発明の実施の形態５における燃焼装置の構成を示す断面図である。
【図９】この発明の実施の形態５における別の燃焼装置の構成を示す断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態６における燃焼装置の構成を示す断面図（ａ）および平面図（ｂ）である。
【図１１】この発明の実施の形態７における燃焼装置の構成を示す断面図（ａ）および平面図（ｂ）である。
【図１２】この発明の実施の形態８における燃焼装置の構成を示す断面図（ａ）および平面図（ｂ）である。
【図１３】従来の燃焼装置の構成を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１ 気化室、２ 電熱ヒータ、３ 絞り部、４ バーナヘッド、５ 炎孔、６ １次火炎、７ 分流室、８ 空気ノズル、９ ２次空気流通口、１０ ２次空気、１１ ２次空気案内板、１２ ２次空気吹出口、１３ 灯油供給管、１４ 着火用プラグ、１５ 保炎リング、１６ ２次火炎、１７ 燃焼筒、１８，２０ 折曲部、１９ 溝。
【発明の属する技術分野】
本発明は燃焼空気と燃料とを予混合して燃焼させる家庭用暖房機に使用される燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液体燃料を気化させて燃焼させる燃焼装置の代表例は、例えば、特開平３−１５６２０４号公報に示されているものがある。同公報では、灯油などの液体燃料を気化させる気化室の上部に１次火炎が形成されるバーナヘッドが設けられ、気化室の側壁には送風管と燃料供給パイプとが設置されている。気化室に、送風機から送風管を介して燃焼空気が供給され、燃料ポンプから燃料パイプを介して液体燃料が供給されて、液体燃料は気化に必要な温度まで予熱された気化面で気化され、燃焼空気との混合気が生成される。この燃焼装置における混合気中の燃焼空気の量は、灯油が理論的に完全燃焼する空気量（＝理論空気量）の０．８倍程度、つまり空気比が０．８に相当する量が供給される。この混合気はバーナヘッドの炎孔上で点火装置により着火され、１次火炎が形成される。完全燃焼に必要な残りの２次空気は対流ファンから供給され、１次火炎の後流の１次燃焼ガスは完全燃焼され、この燃焼ガスが室内暖房に利用される。この種の燃焼装置は、２次空気を１次火炎の後流の１次燃焼ガスに供給するため大きな２次火炎が形成され比較的大きな燃焼室が必要となり、そのため燃焼装置全体が大きくなるという問題がある。
【０００３】
この問題を解決するために、完全燃焼に必要な２次空気を１次火炎近傍に強制的に供給し、燃焼を促進させることにより２次火炎を短くして燃焼室を小さくするような燃焼装置の例が実開昭５６−１７３８１９号公報に示されている。図１３は、同公報に示された燃焼装置を示す部分断面図である。図において、２１は本体、２２は気化兼混合室、２３は燃焼室、２４はノズル、２５は１次燃焼用空気通路、２６は送風機、２７は定油面器、２８は加圧管、２９は２次空気用空気通路、３０は液体燃料供給路、３１は２次空気案内板、３２は炎孔、３３はバルブであり、バルブ３３が開になりノズル２４から供給された液体燃料は送風気２６から供給された１次空気と気化兼混合室２２で混合され、混合された混合気は気化兼混合室２２上方の炎孔３２で着火されて１次火炎が形成される。また、２次空気が、２次空気用空気通路２９を通って２次空気案内板３１により１次火炎の方向に導かれ、１次火炎近傍に供給されて比較的短い２次火炎が形成される。
【０００４】
しかしながら、この種の燃焼装置では燃焼を促進させていることにより、燃焼反応が急激に進み、２次火炎温度が上昇して窒素酸化物（以下、ＮＯｘと記述）が発生しやすくなるという問題点があった。
【０００５】
また、温度上昇によりバーナヘッド周囲の変形や損傷が発生する、また逆火を起こしやすくなるという問題点もあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来の燃焼装置では燃焼室は小さくできるもののＮＯｘが発生しやすくなったり、温度上昇によりバーナヘッド周囲の変形や損傷が発生する、また、逆火を起こしやすくなるという問題点があった。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、２次空気を１次火炎近傍に供給して２次火炎を短くし、燃焼室を小さくすると共に、ＮＯｘの発生を抑制し、かつバーナヘッド周囲の変形や損傷、また逆火の発生を防止することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る第１の燃焼装置は、液体燃料を気化する気化手段と、
前記気化手段に液体燃料を供給する液体燃料供給手段と、
前記気化手段に１次空気を供給する第１の空気供給手段と、
前記気化手段に連通し、前記気化手段により気化された燃料と前記１次空気とが混合されてなる混合気を噴出して１次火炎が形成される炎孔を備えた筒状のバーナヘッドと、
前記炎孔から噴出する混合気に着火する着火手段と、
前記１次火炎の周囲に設けられる保炎リングと、
前記１次火炎に供給して２次火炎を形成する２次空気が流通する２次空気流通路と、
前記バーナヘッドの上面に空隙を形成し、前記２次空気流通路から供給された２次空気を前記１次火炎の方向へ導くための２次空気案内板と、
前記２次空気案内板と前記バーナヘッド上面との間の空隙から前記１次火炎近傍に前記２次空気を吹き出し、その全部または一部が前記保炎リングの上端以下の位置にあり、前記２次火炎を前記保炎リングに押し付ける吹出口とを備えたものである。
【０００９】
この発明に係る第２の燃焼装置は、液体燃料を気化する気化手段と、
前記気化手段に液体燃料を供給する液体燃料供給手段と、
前記気化手段に１次空気を供給する第１の空気供給手段と、
前記気化手段に連通し、前記気化手段により気化された燃料と前記１次空気とが混合されてなる混合気を噴出して１次火炎が形成される炎孔を備えた筒状のバーナヘッドと、
前記炎孔から噴出する混合気に着火する着火手段と、
前記１次火炎の周囲に設けられる保炎リングと、
前記１次火炎に供給して２次火炎を形成する２次空気が流通する２次空気流通路と、
前記バーナヘッドの上面に空隙を形成し、前記２次空気流通路から供給された２次空気を前記１次火炎の方向へ導き、前記バーナヘッドの外径より大きく、前記２次火炎が接触する２次空気案内板と、
前記２次空気案内板と前記バーナヘッド上面との間の空隙から前記１次火炎近傍に前記２次空気を吹き出す吹出口とを備えたものである。
【００１０】
この発明に係る第３の燃焼装置は、前記第１または第２の燃焼装置において、２次空気案内板の外周部を下方に下げて折曲したものである。
【００１１】
この発明に係る第４の燃焼装置は、前記第１ないし第３のいずれかの燃焼装置において、２次空気案内板の外周部の端部を上方に上げて断面Ｌ字状に折曲したものである。
【００１２】
この発明に係る第５の燃焼装置は、前記第１ないし第４のいずれかの燃焼装置において、２次空気案内板の外周部に所定深さに切り込まれた溝を形成し、この溝形成部近傍に着火手段を配設したものである。
【００１３】
この発明に係る第６の燃焼装置は、前記第５の燃焼装置において、溝形成部の２次空気案内板を部分的に下方に折り曲げて、２次空気の流速を緩和する折曲部を形成したものである。
【００１４】
この発明に係る第７の燃焼装置は、前記第１ないし第６のいずれかの燃焼装置において、２次空気案内板を保炎リングに連設したものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態１における燃焼装置の構成を示す断面図である。図において、１は灯油燃料を気化させるための部屋である気化室、２はその気化室１の側壁に埋設され、その気化室１を加熱する電熱ヒータ、３は気化室１の上部に嵌合固定された絞り部、４はその絞り部３の上部に設けられたバーナヘッド、５は１次火炎６が形成される炎孔、７は分流室、８は空気ノズル、９は２次空気流通路、１０は２次空気、１１は２次空気案内板、１２は２次空気吹出口、１４は着火プラグ、１５はバーナヘッド４の周囲を取り囲む円筒状の保炎リング、１６は２次火炎、１７は燃焼筒である。
【００１６】
本実施の形態においては、完全燃焼を行うための２次空気１０は２次空気吹出口１２によって１次火炎６近傍に強制的に供給される。また、２次空気吹出口１２の全部が、保炎リング１５の上端以下の位置にある。
【００１７】
なお、気化室１、電熱ヒータ２および絞り部３により、空気と燃料とを予混合して混合気を生成する予混合室を構成する。また、空気ノズル８は、燃焼用送風機（図示せず）に接続され、燃焼用送風機から供給された空気は、分流室７で気化室１へ供給する１次空気と、２次空気流通口９へ供給する２次空気に分岐される。また、２次空気吹出口１２はバーナヘッド４と２次空気案内板１１で形成されている。燃料供給管１３は、空気ノズル８と同軸上にあり、且つ先端部が気化室１内部に突出するように配置され、灯油タンク（図示せず）の灯油はこの燃料供給管１３を介して灯油ポンプ（図示せず）によって気化室１に供給される。
【００１８】
次に、動作について説明する。電熱ヒータ２に通電することにより、灯油燃料の気化に必要な温度（２５０〜３００℃）まで気化室１が予熱される。予熱完了後、燃焼用送風機から送られた燃焼空気が、空気ノズル８から気化室１に１次空気として供給される。また、燃料供給管１３からは、所定量の灯油燃料が常に気化室１に供給される。１次空気の供給量は灯油が理論的に完全燃焼する空気量（＝理論空気量）の０．８倍程度、つまり空気比が０．８に相当する量である。完全燃焼に必要な残りの空気は２次空気１０で供給され、通常その空気量は空気比が０．４〜０．８に相当する量である。
【００１９】
供給された灯油燃料は、１次空気の流れにより微粒化され、予熱された気化面で気化する。気化した灯油燃料は、絞り部３を通過する際に、更に１次空気と予混合されて濃度分布が均一な混合気になる。このようにして生成された混合気はバーナヘッド４の炎孔５から流出し、着火用プラグ１４から炎孔５の外周部へ放電された火花により着火されて１次火炎６を形成する。１次火炎６には２次空気吹出口１２から直ちに２次空気１０が供給され２次火炎１６を形成する。この２次火炎１６は、保炎リング１５により燃焼の安定性を確保されながら燃焼筒１７の内部空間で完全燃焼が行われる。燃焼したガスは対流ファン（図示せず）からの空気と混合され、室内暖房などに利用される。燃焼開始後は、火炎から熱回収が行われることにより気化室１が加熱されるので、電熱ヒータ２への通電は不要となる。
【００２０】
完全燃焼を行うための２次空気１０は、２次空気吹出口１２によって１次火炎６近傍に強制的に供給されるため、燃焼反応が促進される。このため２次火炎１６が短くなり、燃焼に必要な燃焼空間が少なくなるため燃焼筒１７がコンパクトになり、燃焼装置の小型化が実現できる。
【００２１】
また、２次空気吹出口１２の全部分を保炎リング１５の上端以下の位置に設置したので、バーナヘッド４の内側から外側に向けられて供給される２次空気１０により２次火炎１６が保炎リング１５に押しつけられ、２次火炎１６から保炎リング１５に火炎の熱が伝わり、保炎リング１５に伝わった熱は気化室１へ伝導される、あるいは輻射熱として周囲に放散され、２次火炎１６が冷却される。その結果、２次火炎１６中で生じるＮＯｘの生成を抑制することができる。
【００２２】
また２次火炎１６の温度が低下することにより、バーナヘッド周囲の変形や損傷、また逆火の発生を防止することが出来る。
【００２３】
なお、保炎リング１５の形状は、円筒形状に限る必要はなく、保炎リング１５の上端部分を下端部分より拡げてラッパ形状にしたものなど種々の形状が可能である。
【００２４】
実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２における燃焼装置の構成を示す断面図である。図２において、図１と同一符号は同一部分または相当部分を示す。
【００２５】
本実施の形態は、２次空気吹出口１２の一部分を保炎リング１５の上端以下の位置に設置したものである。このような場合でも２次空気１０により２次火炎１６が保炎リング１５に押しつけられる効果があるので、２次火炎１６が冷却されてＮＯｘの生成を抑制することができる。
【００２６】
図３は、上記実施の形態１および２におけるＮＯｘの生成量および保炎リングの温度の試験結果を示す特性図で、比較のため従来の燃焼装置の場合、すなわち、２次空気吹出口１２の全部を保炎リング１５の上端位置より上方に設置した場合の特性とともに示している。
【００２７】
暖房出力（燃焼量）４ｋＷの場合には、従来の燃焼装置ではＮＯｘ排出濃度は約１３０ｐｐｍ程度である。本発明の実施の形態２の場合には、保炎リング１５の温度が約７６０℃に上昇しており、２次火炎１６が冷却されていることがわかる。この時のＮＯｘの排出濃度は約１０５ｐｐｍに減少する。本発明の実施の形態１の場合には保炎リング１５の温度は約８１０度まで上昇し、更に２次火炎１６が冷却されており、ＮＯｘ排出濃度も約９０ｐｐｍまで減少する。
【００２８】
実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３における燃焼装置の構成を示す断面図である。図３において、図１と同一符号は同一部分または相当部分を示す。
【００２９】
本実施の形態は、２次空気案内板１１の外径をバーナヘッド４の外径より大きくしたものであり、２次空気案内板１１に２次火炎１６を接触させることができる。２次火炎１６が２次空気案内板１１に接触するため、２次火炎１６から２次空気案内板１１に火炎の熱が伝わり、２次空気案内板１１に伝わった熱は輻射熱として周囲に放散され、２次火炎１６が冷却される。その結果、２次火炎１６中で生じるＮＯｘの生成を抑制することができる。
【００３０】
また、２次火炎１６の温度が低下することにより、バーナヘッド周囲の変形や損傷、また逆火の発生を防止することが出来る
【００３１】
本発明者等の試験結果によれば、上記実施例の実施の形態３の燃焼装置を用いた場合、すなわち、２次空気案内板１１の外径をバーナヘッド４の外径より大きくした場合のＮＯｘの排出特性と２次空気案内板１１の温度の関係の例は図５のごとくである。図５には比較のため従来の燃焼装置、すなわち、２次空気案内板１１の外径をバーナヘッド４の外径φ５６と同じくした場合のＮＯｘ排出特性も示してある。
【００３２】
暖房出力（燃焼量）４ｋＷの場合には、従来の燃焼装置ではＮＯｘ排出濃度は約１３０ｐｐｍ程度である。本実施の形態のように２次空気案内板１１の外径をバーナヘッド４の外径（φ５６）より大きくしてφ６６にした場合には、２次空気案内板１１の温度が約７００度に上昇しており２次火炎１６が冷却されていることがわかる。この時のＮＯｘ排出濃度は約１１０ｐｐｍに減少する。２次空気案内板１１の外径をさらに大きくしてφ７６にした場合には２次火炎１６と２次空気案内板１１の接触度合いが増加するので、２次空気案内板１１の温度は約７７０℃まで上昇する。すなわち、更に２次火炎１６が冷却されており、ＮＯｘ排出濃度も約９０ｐｐｍまで減少する。
【００３３】
実施の形態４．
図６は、本発明の実施の形態４における燃焼装置の構成を示す断面図である。図６において、図１と同一符号は同一部分または相当部分を示す。
【００３４】
本実施の形態は、上記実施の形態１ないし３において、２次空気案内板１１の外周部を下方に下げて折曲したものであり、２次空気１０を１次火炎６の近傍にまで導くことができ、特に、低暖房出力（低燃焼量）時の燃料未燃分及び一酸化炭素（以下ＣＯと記述）が２次空気１５と反応しやすくなり、完全燃焼を行うことができる。
【００３５】
図７は、本実施の形態におけるＣＯの排出特性を、比較のために２次空気案内板１１の外周部にの折曲がない場合のＣＯの排出特性とともに示した特性図である。図は、燃焼装置の暖房出力（燃焼量）が０．５ｋＷのときのＣＯ排出特性を示している。
【００３６】
低燃焼量時には燃料と燃焼空気の流量がともに小さくなり、燃料と燃焼空気の混合が弱くなって、一般的に燃焼が悪化しやすくなるが、図７から明らかなように、本実施の形態では、２次空気１０を１次火炎６の近傍にまで導いたので、燃料と燃焼空気の混合がよくなり、ＣＯ排出特性が改善されていることが分かる。
【００３７】
実施の形態５．
図８は、本発明の実施の形態５における燃焼装置の構成を示す断面図である。図８において、図１と同一符号は同一部分または相当部分を示す。
【００３８】
本実施の形態は、上記実施の形態１ないし３において、２次空気案内板１１の外周部の端部を上方に上げて断面Ｌ字状に折曲した折曲部１８を設けたものである。２次空気案内板１１には２次火炎１６が接触するため温度が上昇する。
【００３９】
本実施の形態によれば、温度上昇は２次空気案内板１１の材料の耐熱温度以下の十分使用可能な範囲内の温度であるが、外周部の端部を上方に上げて断面Ｌ字状に折曲したことで強度が増し、２次空気案内板１１の薄肉化や耐久性の向上を図ることができる。
【００４０】
なお、図９に示すように、２次空気案内板１１の外周部を下方に下げて折曲した実施の形態４の場合についても、外周部の端部を上方に上げて断面Ｌ字状に折曲すれば板の薄肉化や耐久性の向上を図ることができる。
【００４１】
実施の形態６．
図１０は、本発明の実施の形態６における燃焼装置の構成を示す断面図である。図１０において図１と同一符号は同一部分または相当部分を示す。
【００４２】
本実施の形態は、上記実施の形態１ないし５において、２次空気案内板１１に切り込まれた溝１９を設け、着火用プラグ１４を２次空気案内板１１の溝１９内に配設したものである。
【００４３】
混合気に着火する際は着火用プラグ１４から炎孔５に放電を行うが、２次空気案内板１１と放電プラグ１４が近接している場合には２次空気案内板１１と放電プラグ１４の間で火花が生じ、炎孔５への着火性が悪化する場合がある。本実施の形態では、着火用プラグ１４を２次空気案内板１１に切り込まれた溝１９近傍に配設し、着火用プラグ１４と２次空気案内板１１との距離を、着火用プラグ１４と炎孔５との距離よりも大きくしたので、着火用プラグ１４から２次空気案内板１１への誤放電が防止され、炎孔５への着火性が悪化する心配がない。
【００４４】
実施の形態７．
図１１は、本発明の実施の形態７における、燃焼装置の構成を示す断面図である。図１１において、図１と同一符号は同一部分または相当部分を示す。
【００４５】
本実施の形態は、上記実施の形態６において、２次空気案内板１１の溝１９を部分的に下方に下げて折曲し、２次空気吹出口１２から着火用プラグ１４に吹き出される２次空気の流速を抑制するようにしたものである。
【００４６】
混合気に着火する際は着火用プラグ１４から炎孔５に放電を行うが、２次空気１０が供給されている場合は、着火用プラグ１４に近接する炎孔５の周囲の空気流速が高くなる場合があるため、バーナが冷たい状態や大気温度が低い条件では、火花放電による着火性が悪化する場合がある。
【００４７】
本実施の形態では、着火用プラグ１４の周囲の２次空気案内板１１を部分的に下方に下げて折曲したので、着火用プラグ１４の周囲の２次空気の流速が高くならない。このため、炎孔５への着火性が悪化することがない。
【００４８】
実施の形態８．
図１２は、本発明の実施の形態８における燃焼装置の構成を示す断面図（ａ）および平面図（ｂ）である。図１２において、図１と同一符号は同一部分または相当部分を示す。
【００４９】
本実施の形態は、上記実施の形態１ないし７において、２次空気案内板１１を、保炎リング１５に連接したものである。
【００５０】
２次空気案内板１１は、２次火炎１６が接触するため温度が上昇する。この温度上昇のため、２次空気案内板１１をバーナヘッド４に連接した場合は高温の２次空気案内板１１の熱が伝導してバーナヘッド４の温度が過度に上昇して変形、損傷を起こし、また逆火を起こしやすくなることがある。
【００５１】
本実施の形態では、２次空気案内板１１を保炎リング１５に連接したので、２次空気案内板１１の熱がバーナヘッド４に伝導することがなく、温度上昇による変形、損傷、逆火を起こすことがない。
【００５２】
【発明の効果】
この発明に係わる第１の燃焼装置によれば、２次空気案内板とバーナヘッド上面との間の空隙から１次火炎近傍に２次空気を吹き出す吹出口の全部または一部が、保炎リングの上端以下の位置にあり、２次火炎を保炎リングに押し付けるようにしたので、２次火炎が保炎リングによって冷却され、ＮＯｘの生成を抑制することができ、バーナヘッド周囲の変形や損傷、また逆火の発生を防止することができる。
【００５３】
この発明に係わる第２の燃焼装置によれば、２次空気案内板の外径を２次火炎が接触する程度にバーナヘッドの外径より大きくしたので、２次火炎が２次空気案内板で冷却され、ＮＯｘの生成を抑制することができ、バーナヘッド周囲の変形や損傷、また逆火の発生を防止することができる。
【００５４】
この発明に係わる第３の燃焼装置によれば、２次空気案内板の外周部を下方に下げて折曲したので、特に低暖房出力（低燃焼量）時の完全燃焼を行うことができる。
【００５５】
この発明に係わる第４の燃焼装置によれば、２次空気案内板の外周部の端部を上方に上げて断面Ｌ字状に折曲したので、２次空気案内板の薄肉化や耐久性の向上を図ることができる。
【００５６】
この発明に係わる第５の燃焼装置によれば、２次空気案内板の外周部に所定深さに切り込まれた溝を形成し、この溝形成部近傍に着火手段を配設したので着火性が悪化することがない。
【００５７】
この発明に係わる第６の燃焼装置によれば、溝形成部の２次空気案内板を部分的に下方に下げて折り曲げて、２次空気の流速を緩和する折曲部を形成したので着火性が悪化することがない。
【００５８】
この発明に係わる第７の燃焼装置によれば、２次空気案内板を保炎リングに連設したのでバーナヘッド周囲の変形や損傷、また逆火の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１における燃焼装置の構成を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態２における燃焼装置の構成を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１と２と従来例との試験結果による特性比較図である。
【図４】この発明の実施の形態３における燃焼装置の構成を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態３と従来例との試験結果による特性比較図である。
【図６】この発明の実施の形態４における燃焼装置の構成を示す断面図である。
【図７】この発明の実施の形態４と従来例との試験結果による特性比較図である。。
【図８】この発明の実施の形態５における燃焼装置の構成を示す断面図である。
【図９】この発明の実施の形態５における別の燃焼装置の構成を示す断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態６における燃焼装置の構成を示す断面図（ａ）および平面図（ｂ）である。
【図１１】この発明の実施の形態７における燃焼装置の構成を示す断面図（ａ）および平面図（ｂ）である。
【図１２】この発明の実施の形態８における燃焼装置の構成を示す断面図（ａ）および平面図（ｂ）である。
【図１３】従来の燃焼装置の構成を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１ 気化室、２ 電熱ヒータ、３ 絞り部、４ バーナヘッド、５ 炎孔、６ １次火炎、７ 分流室、８ 空気ノズル、９ ２次空気流通口、１０ ２次空気、１１ ２次空気案内板、１２ ２次空気吹出口、１３ 灯油供給管、１４ 着火用プラグ、１５ 保炎リング、１６ ２次火炎、１７ 燃焼筒、１８，２０ 折曲部、１９ 溝。
Claims (7)
- 液体燃料を気化する気化手段と、
前記気化手段に液体燃料を供給する液体燃料供給手段と、
前記気化手段に１次空気を供給する第１の空気供給手段と、
前記気化手段に連通し、前記気化手段により気化された燃料と前記１次空気とが混合されてなる混合気を噴出して１次火炎が形成される炎孔を備えた筒状のバーナヘッドと、
前記炎孔から噴出する混合気に着火する着火手段と、
前記１次火炎の周囲に設けられる保炎リングと、
前記１次火炎に供給して２次火炎を形成する２次空気が流通する２次空気流通路と、
前記バーナヘッドの上面に空隙を形成し、前記２次空気流通路から供給された２次空気を前記１次火炎の方向へ導くための２次空気案内板と、
前記２次空気案内板と前記バーナヘッド上面との間の空隙から前記１次火炎近傍に前記２次空気を吹き出し、その全部または一部が前記保炎リングの上端以下の位置にあり、前記２次火炎を前記保炎リングに押し付ける吹出口とを備えたことを特徴とする燃焼装置。 - 液体燃料を気化する気化手段と、
前記気化手段に液体燃料を供給する液体燃料供給手段と、
前記気化手段に１次空気を供給する第１の空気供給手段と、
前記気化手段に連通し、前記気化手段により気化された燃料と前記１次空気とが混合されてなる混合気を噴出して１次火炎が形成される炎孔を備えた筒状のバーナヘッドと、
前記炎孔から噴出する混合気に着火する着火手段と、
前記１次火炎の周囲に設けられる保炎リングと、
前記１次火炎に供給して２次火炎を形成する２次空気が流通する２次空気流通路と、
前記バーナヘッドの上面に空隙を形成し、前記２次空気流通路から供給された２次空気を前記１次火炎の方向へ導き、前記バーナヘッドの外径より大きく、前記２次火炎が接触する２次空気案内板と、
前記２次空気案内板と前記バーナヘッド上面との間の空隙から前記１次火炎近傍に前記２次空気を吹き出す吹出口とを備えたことを特徴とする燃焼装置。 - ２次空気案内板の外周部を下方に下げて折曲したことを特徴とする請求項１または２記載の燃焼装置。
- ２次空気案内板の外周部の端部を上方に上げて断面Ｌ字状に折曲したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の燃焼装置。
- ２次空気案内板の外周部に所定深さに切り込まれた溝を形成し、この溝形成部近傍に着火手段を配設したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の燃焼装置。
- 溝形成部の２次空気案内板を部分的に下方に折り曲げて、２次空気の流速を緩和する折曲部を形成したことを特徴とする請求項５記載の燃焼装置。
- ２次空気案内板を保炎リングに連設したことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の燃焼装置。
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