JP3625176B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、微粒状態や気体の燃料を予め空気と混合させることにより得られる予混合気を燃焼させる燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は例えば特開平４−１４３５０６号公報に開示されたこの種の従来の燃焼装置の要部の構成を示す断面図である。
図において、１は燃料気化ポット、２はこの燃料気化ポット１内に形成される混合空間、３は燃料気化ポット１の壁部内に埋設されたヒータ、４は燃料気化ポット１の壁部の一側を貫通し混合空間２内に空気を供給する空気供給口、５はこの空気供給口４を介して先端が混合空間２内に挿入される燃料供給ノズル、６は混合空間２と連通し周囲に複数の炎口７が形成されたバーナヘッド、８はこのバーナヘッド６の各炎口７にそれぞれ形成される一次燃焼火炎、９はバーナヘッド６を囲繞するように配設され、開口９ａ側に漸次拡開するテーパ状に形成される保炎リングであり、図示はしないがこれら１ないし９は燃焼筒内に収納されて燃焼装置が構成されている。
【０００３】
次に、上記のように構成された従来の燃焼装置の動作について説明する。
まず、ヒータ３により加熱された燃料気化ポット１内に、燃料供給ノズル５から灯油などの液体燃料が供給されると、液体燃料は燃料気化ポット１の内壁面に触れて加熱され蒸発する。そして、この蒸発した燃料は空気供給口４から供給される空気と混合空間２内で混合され均質な予混合気となり、バーナヘッド６内に流れ込み、炎口７から噴出して一次燃焼火炎８が形成される。又、このようにして形成された一次燃焼火炎８は保炎リング９により熱が奪われる。
【０００４】
一般に、燃焼過程において生じる窒素酸化物は高温状態で多く生成させるため、上記構成ではバーナヘッド６を囲繞するように保炎リング９を設けて、一次燃焼火炎８を冷却することにより窒素酸化物の生成を抑制するようになされている。又、燃焼においては窒素酸化物の生成を抑制することのほかにも一酸化炭素の排出を防止することも重要である。この一酸化炭素の排出の防止には窒素酸化物の場合とは逆に、高温状態で適量な空気との反応を実現する必要があるため、上記構成では保炎リング９の形状を、開口９ａ側に漸次拡開するテーパ状とすることにより、開口９ａ側により広い燃焼空間を確保することで、燃焼反応を促進して一酸化炭素の排出の防止が図られている。
【０００５】
又、一酸化炭素の排出を防止する方法としては、以下に説明するような対策も提案されている。
図８は例えば実開昭５６−１７３８１９号公報に開示された図７に示すとは異なる従来の燃焼装置の要部の構成を示す断面図である。
図において、上記図７に示すと同様な部分は同一符号を付して説明を省略する。１０は燃料気化ポット１およびバーナヘッド６の中央を貫通し、バーナヘッド６の上部に開口する二次燃焼用空気供給パイプ、１１はこの二次燃焼用空気供給パイプ１０の開口と所定の間隔を介して配設される二次燃焼用空気整流板、１２はバーナヘッド６を囲繞するように配設され、円筒状に形成された保炎リングである。
【０００６】
上記のように構成された燃焼装置においては、図７に示す燃焼装置と同様にして炎口７に形成される一次燃焼火炎８に対し、二次燃焼用空気供給パイプ１０を通過してバーナヘッド６の上部に導かれ、二次燃焼用空気整流板１１により整流された空気が供給され、一次燃焼では燃焼できなかった一酸化炭素などの可燃性成分の燃焼が促進され、一酸化炭素の排出が防止される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の燃焼装置は以上のように構成され、図７に示す構成では開口９ａ側に漸次拡開するテーパ状に形成された保炎リング９を設けることにより、窒素酸化物の生成の抑制および一酸化炭素の排出の防止の一定の効果は得られるが、一酸化炭素の排出の防止に関しては、やや広い燃焼空間を確保したのみであり、未燃の可燃性成分と空気の適正な混合が必ずしも得られるわけではないので、燃焼条件によっては一酸化炭素の排出の防止が不充分になるという問題点があった。
【０００８】
又、図８に示す構成では二次燃焼用空気供給パイプ１０により、十分な空気が二次燃焼用空気として供給されるので、一酸化炭素の排出の抑制が容易に行えるが、二次燃焼用空気整流板１１を設けたことにより上部開放空間が狭くなるため、二次燃焼火炎が長炎化し、二次燃焼部分を含めたより大きな燃焼空間を確保する必要があり、装置全体が大型化するという問題点があった。
【０００９】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、窒素酸化物の生成の抑制および一酸化炭素の排出の防止を、燃焼空間を拡大させることなく実現することが可能な燃焼装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る燃焼装置は、側面に形成された複数の炎口で燃料と空気の混合気を燃焼させ一次燃焼火炎を形成する筒状のバーナヘッドと、バーナヘッドの中央を貫通しバーナヘッドの上方に開口する管状部材及び管状部材の上方に配設された二次燃焼用 空気整流板を有し、管状部材及びバーナヘッドと二次燃焼用空気整流板に挟まれた空間とからバーナヘッドで形成される一次燃焼火炎に二次燃焼用空気を導いて供給し、二次燃焼火炎を形成する二次燃焼用空気供給通路と、バーナヘッドの各炎口と所定の間隙を介しバーナヘッドを囲繞するように形成された保炎リングとを備えた燃焼装置において、保炎リングは、一次燃焼火炎と接触する大きさの内径を有する円筒状部と、保炎リングの二次燃焼用空気供給通路と対応する側の一部に円筒状部に繋がり先端側が漸次拡開するように形成された大口径部とを有するものである。
【００１１】
又、この発明の請求項２に係る燃焼装置は、請求項１において、保炎リングの大口径部は、バーナヘッドの二次燃焼用空気供給通路に近い側の炎口と対応する位置より上記二次燃焼用空気供給通路側の領域に形成したものである。
【００１２】
又、この発明の請求項３に係る燃焼装置は、請求項１または２において、保炎リングの大口径部は、二次燃焼用空気供給通路側に漸次拡開するテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の燃焼装置。
【００１３】
又、この発明の請求項４に係る燃焼装置は、請求項１において、保炎リングの円筒状部の外側に上記保炎リングの円筒状部を冷却するための空気が流通する冷却用空気通路を上記円筒状部の壁面に沿って形成したものである。
【００１４】
又、この発明の請求項５に係る燃焼装置は、請求項４において、冷却用空気通路を流通する空気を、一次燃焼火炎に二次燃焼用空気として導くようにしたものである。
【００１５】
又、この発明の請求項６に係る燃焼装置は、請求項５において、冷却用空気通路を流通し一次燃焼火炎に二次燃焼用空気として導かれる空気の量を、混合気を作るために供給される空気の量の２０％ないし７０％に設定したものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１はこの発明の実施の形態１における燃焼装置の要部の構成を示す断面図、図２は図１における燃焼装置の要部の部分詳細を示す断面図、図３は図１における燃焼装置の保炎リングの構成を示す斜視図、図４は図１における燃焼装置の要部の図２とは異なる部分詳細を示す断面図である。
【００１７】
図において、１３は燃料気化ポット、１４はこの燃料気化ポット１３内に形成される混合空間、１５は燃料気化ポット１３の壁部内に埋設されたヒータ、１６は燃料気化ポット１３の壁部の一側を貫通し混合空間１４内に空気を供給する空気供給口、１７はこの空気供給口１６を介して先端が混合空間１４内に挿入される燃料供給ノズル、１８は混合空間１４と連通し周囲に複数の炎口１９が形成されたバーナヘッド、２０はこのバーナヘッド１８の各炎口１９にそれぞれ形成される一次燃焼火炎である。
【００１８】
２１はバーナヘッド１８を囲繞するように配設される保炎リングで、図２および図３に示すように、燃料気化ポット１３側からバーナヘッド１８の上部側、すなわち後述の二次燃焼用空気供給通路に近い側の炎口１９に対応する位置までの領域（図中Ｌで示す）は、バーナヘッド１８の外壁面から炎口１９の形状が丸の場合はその直径、形状が丸以外の場合は相当直径の３倍程度以下の間隔で形成された間隙（図中ｄで示す）を介した円筒状に、それより先端側は漸次拡開するテーパ状にそれぞれ形成されており、その一部に内外を連通する切り欠き２１ａが形成されている。
【００１９】
２２は燃料気化ポット１３およびバーナヘッド１８の中央を貫通し、バーナヘッド１８の上方に開口する管状部材、２３はこの管状部材２２の開口の上方に配設される二次燃焼用空気整流板、２４は二次燃焼用空気を、管状部材２２の内部およびバーナヘッド１８と二次燃焼用空気整流板２３に挟まれた空間を通して、一次燃焼火炎２０の上方に導き二次燃焼火炎２５を形成する二次燃焼用空気供給通路である。
【００２０】
次に、上記のように構成された実施の形態１における燃焼装置の動作について説明する。
まず、従来装置と同様にヒータ１５により加熱された燃料気化ポット１３内に、燃料供給ノズル１７から灯油などの液体燃料が供給されると、液体燃料は燃料気化ポット１３の内壁面に触れて加熱され蒸発する。そして、この蒸発した燃料は空気供給口１６から供給される空気と混合空間１４内で混合され均質な予混合気となり、バーナヘッド１８内に流れ込み、炎口１９から噴出して一次燃焼火炎２０が形成される。又、このようにして形成された一次燃焼火炎２０は保炎リング２１により熱が奪われる。
一方、二次燃焼用空気供給通路２４を通って供給される二次燃焼用空気は、一次燃焼火炎２０の上方に導かれ二次燃焼火炎２５が形成される。
【００２１】
このように上記実施の形態１によれば、バーナヘッド１８の外壁面と保炎リング２１の円筒状部内壁面との間に形成される間隙を、炎口１９の形状が丸の場合はその直径、形状が丸以外の場合はその相当直径の３倍程度以下として比較的短く保っているため、少なくとも最大燃焼量から７０％程度の燃焼量では、一次燃焼火炎２０が充分に保炎リング２１に接触するので、保炎リング２１による冷却は促進され窒素酸化物の生成の抑制が図られる。
【００２２】
又、保炎リング２１の円筒状部より先端側は漸次拡開するテーパ状に形成されているため、二次燃焼用空気整流板２３が存在する場合においても、その付近には広い開放空間が確保されるので、可燃性気体と二次燃焼用空気の混合の均一化が向上し一酸化炭素の排出が防止されるとともに、二次燃焼用空気によって二次燃焼火炎２５がテーパ状部の表面に沿って、外側に押し広げられることにより短炎化が図られ、大きな燃焼空間を確保する必要がなくなるため装置全体として小型化が可能になる。
【００２３】
又、保炎リング２１のテーパ状部を、バーナヘッド１８の二次燃焼用空気供給通路２４に近い側の炎口１９と対応する位置より二次燃焼用空気供給通路２４側の領域に形成するようにしているので、少なくとも最大燃焼量条件では、全ての一次燃焼火炎２０が保炎リング２１の円筒状部の内壁面に直接触れることになるため、火炎冷却が促進され窒素酸化物の生成が抑制される。
さらに又、保炎リング２１の一部にその内外を連通する切り欠き２１ａを設けているので、図示はしないがこの切り欠き２１ａを通して点火用放電電極や、燃焼状態を検知する各種センサを設置することが可能になる。
【００２４】
なお、保炎リング２１の切り欠き２１ａは図３に示すようにテーパ状部の先端まで開放されているが、これに限定されるものではなく穴状に開放した場合でも同様の効果を得ることができる。又、保炎リング２１は大口径部をテーパ状に形成した場合について説明したが、図４に示すように大口径部をすり鉢状に形成した保炎リング２６としても良く、上記と同様の効果を発揮することができる。
【００２５】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２における燃焼装置の要部の構成を示す断面図である。
図において、上記実施の形態１におけると同様な部分は同一符号を付して説明を省略する。２７は燃料気化ポット１３を囲繞するように形成され、空気供給口１６から供給される空気の一部を保炎リング２１の外側に導く冷却用空気通路である。
【００２６】
このように上記実施の形態２によれば、冷却用空気通路２７を設けて空気供給口１６から燃料気化ポット１３内に供給される空気の一部を、保炎リング２１の外側に導くようにしているので、保炎リング２１は輻射伝熱に加えこの空気により冷却されて火炎冷却が促進され、窒素酸化物の生成をさらに抑制することが可能になる。
【００２７】
又、上記のようにして冷却用空気通路２７から導かれる空気の一部または全部を、二次燃焼用空気の一部として一次燃焼火炎２０近傍に導くようにすれば、一酸化炭素の排出を抑制することも可能となる。なお、この時二次燃焼用空気の一部として導かれる空気の量は、あまり多量が供給されると火炎温度が低下して十分な一酸化炭素の排出抑制効果が得られないので、バーナヘッド１８に供給される混合気を作るために燃料と混合される空気の量の２０％ないし７０％が最適と考えられる。
【００２８】
実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３における燃焼装置の要部の構成を示す断面図である。
図において、上記実施の形態２におけると同様な部分は同一符号を付して説明を省略する。２８は保炎リング２１の外壁面に冷却用空気通路２７を介して導かれる空気に接触するように配置されたフィンである。
【００２９】
このように上記実施の形態３によれば、保炎リング２１の外壁面の冷却用空気通路２７を介して導かれる空気と接し得る位置にフィン２８を配置しているので、保炎リング２１と空気との伝熱特性を向上させ、火炎冷却の促進を図ることにより窒素酸化物の生成を抑制することが可能になる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、この発明の請求項１によれば、側面に形成された複数の炎口で燃料と空気の混合気を燃焼させ一次燃焼火炎を形成する筒状のバーナヘッドと、バーナヘッドの中央を貫通しバーナヘッドの上方に開口する管状部材及び管状部材の上方に配設された二次燃焼用空気整流板を有し、管状部材及びバーナヘッドと二次燃焼用空気整流板に挟まれた空間とからバーナヘッドで形成される一次燃焼火炎に二次燃焼用空気を導いて供給し、二次燃焼火炎を形成する二次燃焼用空気供給通路と、バーナヘッドの各炎口と所定の間隙を介しバーナヘッドを囲繞するように形成された保炎リングとを備えた燃焼装置において、保炎リングは、一次燃焼火炎と接触する大きさの内径を有する円筒状部と、保炎リングの二次燃焼用空気供給通路と対応する側の一部に円筒状部に繋がり先端側が漸次拡開するように形成された大口径部とを有するものであるので、大型化することなく窒素酸化物の生成の抑制、および一酸化炭素の排出の防止が可能な燃焼装置を提供することができる。
【００３１】
又、この発明の請求項２によれば、請求項１において、保炎リングの大口径部を、バーナヘッドの二次燃焼用空気供給通路に近い側の炎口と対応する位置より二次燃焼用空気供給通路側の領域に形成したので、火炎冷却が促進されさらに窒素酸化物の生成の抑制が可能な燃焼装置を提供することができる。
【００３２】
又、この発明の請求項３によれば、請求項１または２において、保炎リングの大口径部を、二次燃焼用空気供給通路側に漸次拡開するテーパ状に形成したので、短炎化を図りさらに小型化が可能な燃焼装置を提供することができる。
【００３３】
又、この発明の請求項４によれば、請求項１において、保炎リングの円筒状部の外側に上記保炎リングの円筒状部を冷却するための空気が流通する冷却用空気通路を上記円筒状部の壁面に沿って形成したので、火炎冷却の促進を図り窒素酸化物の生成をさらに抑制することが可能な燃焼装置を提供することができる。
【００３４】
又、この発明の請求項５によれば、請求項４において、冷却用空気通路を流通する空気を、一次燃焼火炎に二次燃焼用空気として導くようにしたので、一酸化炭素の排出をさらに抑制することが可能な燃焼装置を提供することができる。
【００３５】
又、この発明の請求項６によれば、請求項５において、冷却用空気通路を流通し一次燃焼火炎に二次燃焼用空気として導かれる空気の量を、混合気を作るために供給される空気の量の２０％ないし７０％に設定したので、一酸化炭素の排出をさらに抑制することが可能な燃焼装置を提供することができる。
【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要部の構成を示す断面図である。
【図２】図１における燃焼装置の要部の部分詳細を示す断面図である。
【図３】図１における燃焼装置の保炎リングの構成を示す斜視図である。
【図４】図１における燃焼装置の要部の図２とは異なる部分詳細を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態２における燃焼装置の要部の構成を示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態３における燃焼装置の要部の構成を示す断面図である。
【図７】従来の燃焼装置の要部の構成を示す断面図である。
【図８】図７におけるとは異なる従来の燃焼装置の要部の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１３ 燃料気化ポット、１４ 混合空間、１６ 空気供給口、１７ 燃料供給ノズル、１８ バーナヘッド、１９ 炎口、２０ 一次燃焼火炎、２１，２６ 保炎リング、
２４ 二次燃焼用空気供給通路、２５ 二次燃焼火炎、２７ 冷却用空気通路、
２８ フィン。

Claims (6)

1. 側面に形成された複数の炎口で燃料と空気の混合気を燃焼させ一次燃焼火炎を形成する筒状のバーナヘッドと、上記バーナヘッドの中央を貫通し上記バーナヘッドの上方に開口する管状部材及び上記管状部材の上方に配設された二次燃焼用空気整流板を有し、上記管状部材及び上記バーナヘッドと上記二次燃焼用空気整流板に挟まれた空間とから上記バーナヘッドで形成される一次燃焼火炎に二次燃焼用空気を導いて供給し、二次燃焼火炎を形成する二次燃焼用空気供給通路と、上記バーナヘッドの各炎口と所定の間隙を介し上記バーナヘッドを囲繞するように形成された保炎リングとを備えた燃焼装置において、上記保炎リングは、上記一次燃焼火炎と接触する大きさの内径を有する円筒状部と、上記保炎リングの上記二次燃焼用空気供給通路と対応する側の一部に上記円筒状部に繋がり先端側が漸次拡開するように形成された大口径部とを有することを特徴とする燃焼装置。
2. 保炎リングの大口径部は、バーナヘッドの二次燃焼用空気供給通路に近い側の炎口と対応する位置より上記二次燃焼用空気供給通路側の領域に形成されていることを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。
3. 保炎リングの大口径部は、二次燃焼用空気供給通路側に漸次拡開するテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の燃焼装置。
4. 保炎リングの円筒状部の外側に上記保炎リングの円筒状部を冷却するための空気が流通する冷却用空気通路を上記円筒状部の壁面に沿って形成したことを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。
5. 冷却用空気通路を流通する空気を、一次燃焼火炎に二次燃焼用空気として導くようにしたことを特徴とする請求項４記載の燃焼装置。
6. 冷却用空気通路を流通し一次燃焼火炎に二次燃焼用空気として導かれる空気の量は、混合気を作るために供給される空気の量の２０％ないし７０％に設定されていることを特徴とする請求項５記載の燃焼装置。

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