JP3637065B2 - 毛管供給ボイラ - Google Patents

Description

発明の背景
技術分野
本発明は、液体から蒸気を発生するボイラに関し、特に、蒸発されるべき液体が毛管作用によって供給されるボイラに関する。
背景
ボイラは、蒸気が必要である適用において液体を蒸気に又は好ましくは液体に変換するのに使用される。すべてのボイラは、液体を蒸発するために液体の流入流れに熱を加え、蒸気の流出流れを作る。ボイラで発生された蒸気の圧力は、供給された液体の圧力を越えることはできない。したがって、圧力下の蒸気を供給するため、ボイラへの液体の流入流れは、蒸気に必要とされる圧力と少なくとも同じ圧力で供給されなければならない。
大形の産業ボイラへの液体の流入流れは、一般に、機械式の供給ポンプ、すなわち大気圧でリザーバから液体を吸い出すジェットエジェクタ式の供給ポンプによって供給される。これら供給ポンプは、蒸気に必要とされる圧力と少なくとも同じ高さの圧力で液体をボイラに供給する。絞り弁は、典型的には、ボイラからの蒸気の流れを制御するのに使用され、ボイラを出る蒸気の圧力は絞り弁の位置の関数である。供給ポンプはボイラ内の一定の液体レベルを維持する。供給ポンプはこれを、たとえば、絞り弁の位置によって決定される蒸気の流量と圧力とのかなりな範囲にわたって行う。機械式のすなわちジェットエジェクタ式の供給ポンプによってボイラに生ずる液体流れは、したがってボイラ内の一定の液体レベルを維持するべく制御されるサーボである。家庭的ストーブ、キャンプストーブ又はマントルランプのような器具の低い蒸気流れを発生するためにこの種のシステムを一定の率で下げることは実際的ではない。
キャンプストーブや他の携帯可能なバーナは、空気と混合され、燃焼するため気体状燃料の発生を必要とする。大気温度及び大気圧力で気体であるプロパン及びブタンのような燃料は、圧力を加えると液体となり、経済的な貯蔵や運搬に便利な小容量を占める。これは、爆発の危険を伴う圧力容器の使用を必要とする。同様な危険は、ガソリンストーブやガソリンのマントルランプの場合におけるように、気体すなわち空気で加圧されたリザーバからボイラへ液体燃料を供給するとき存在する。
プロパン及びブタンストーブのボイラはリザーバすなわち貯蔵タンクそれ自体であり、その中では気体は圧力を受けて液体化されている。蒸気がリザーバから引き出されるとき、リザーバはボイラのように作用し、タンクの外部の周りにある空気から必要な蒸発熱をうばう。これらタイプのストーブには多くの不利がある。たとえば、蒸気圧力は周囲温度に依存し、蒸気圧力は、バーナにおける満足な燃焼のために必要である圧力より一般に高い。そして、既に述べたように、燃料及び蒸気は危険な圧力である。ブタン燃料はプロパン燃料より低い有利な蒸気圧力を持つが、ブタンを使用するストーブは、低い周囲温度で十分な蒸気圧力を発生するのが困難である。プロパンの圧力は低い周囲温度で衰えない。しかし、プロパンの蒸気圧力はそれにもかかわらず、タンク又は周囲温度で変動し、その圧力は不便なことには高い。ニードル弁は、バーナの熱出力を調整するためタンク圧力でプロパンの蒸気を制御できる。しかし、ニードル弁によるバーナ制御は細かくなる傾向があり、周囲温度に敏感になる傾向がある。これに代えて、圧力調整弁がタンク温度から独立したプロパンの一定の危険の少ない圧力を発生するのに使用することができる。これは、圧力調整弁が調理用グリルやレジャー用自動車、ボート、家庭用プロパン器具に一般に使用される理由である。不都合なことには、圧力調整弁はキャンプストーブの規模での適用のためには実際的ではない。
したがって、本発明の目的は、液体であってこの液体から蒸気が供給ポンプを使用することなく作られる液体の圧力より高い圧力で蒸気を提供することにある。
本発明の別の目的は、液体であってこの液体から蒸気が液体を圧縮することなく作られる液体の圧力より高い圧力で蒸気を提供することにある。
本発明のさらに別の目的は、周囲温度に又は蒸気の質量流れに強くは依存しないほぼ一定の圧力で蒸気を提供することにある。
本発明のさらに別の目的は、定常流れの流量で蒸気を提供することにある。
本発明のさらに別の目的は、供給ポンプを使用することなく加圧されない液体燃料によって燃料を供給される経済的な携帯できるストーブを提供することにある。
発明の開示
前記した目的さらに別の目的は、毛管供給ボイラによって達成される。このボイラでは燃料リザーバ内に収容されている液体燃料は、供給心を経て毛管作用によってボイラ心に供給される。ボイラ心では液体燃料は加熱され、沸騰温度にあるボイラ心内で沸騰されてその温度で蒸気になる。蒸発のための熱は、ボイラ心の頂部にあり、ボイラ心と接触している有孔の熱シートによって供給される。ボイラ心と、熱シートと、供給心の上方部分とは円筒状の断熱囲み部材内に収容されている。断熱囲み部材はボイラ心のエッジでシールを形成する。その結果、ボイラ心内で形成された蒸気は、ボイラ心を単に通り過ぎるだけというよりはむしろ、熱シートから離れる方向へ液体を強制的に移動させることができる。
燃料蒸気は、ボイラ心と有孔の熱シートとを経て、さらに絞り弁を経て上方へ流れ、最後にジェット形成オリフィスを経て大気に流れ、大気で空気と混合し、燃焼する。
毛管供給ボイラは、蒸発できる液体を熱サーボの制御下でそれ自体で供給する。この熱サーボの例は、より近づいた設定に調整されている蒸気弁に引き続く事象であり、蒸気圧力はわずかに瞬間的に上昇する。蒸気圧力の増加は液体を熱シートから離れる方向へ強制的に移動させる。熱シートからの熱はそれから、ボイラ心のより大きな長さを経てボイラ心内の沸騰位置に達する。ボイラ心は熱の不良導体であるため、わずかな熱が液体を蒸発するのに利用できる。液体は、増加した長さのボイラ心を経て伝導される熱流れと等しい熱流れを蒸発速度が吸収するまで熱シートから離れる方向へ流れ続ける。したがって、ボイラ心内の沸騰位置は、蒸発弁の設定に応答してそれ自体で自動的に調整する。沸騰位置だけでなく、液体の流入流れもまた蒸発弁の設定に応答してそれ自体で自動的に調整する。
毛管供給ボイラは、したがって、蒸発がどの流れでも常に利用できるように、熱サーボ作用によってそれ自体で液体を供給する。さらに、蒸発圧力はほぼ一定であり、ボイラ心から液体を放出するのに必要な圧力に常に非常に近似して等しい。有孔の固体から液体を放出できる最も低い圧力は、一般にバブル圧力として知られている。バブル圧力は、液体の表面張力が知られているとき、有孔固体内の平均孔寸法を測定するのに使用されるキーパラメータである。毛管供給は、したがって、機械式供給ポンプすなわちジェットエジェクタを含む大形ボイラで使用される、より一層複雑化したサーボシステムと同じ結果を持つ。
蒸発の熱を与える熱シートのための熱源は、外部の電気抵抗熱源であるか、又は燃料蒸気の燃焼から戻された熱の一部でありうる。ボイラの沸騰速度、したがって器具の熱出力の制御は、一定の蒸発絞り設定において熱シートに供給される電気抵抗熱の手動制御によるか、又はすべての可能な蒸発絞り弁設定に対して熱シートへの燃焼熱の経験的に正確な戻りによる。
ストーブは、少量の燃料を燃やすためのスタータ心を有し、沸騰過程を開始する熱を与え、また燃料蒸気の燃焼を開始する炎を与える。ストーブは燃料リザーバの通気口を有する。この通気口は、液体燃料が消費されるとき真空となるのを防ぐため、ストーブが大気から燃料リザーバの内部に空気用通路を与えるべく操作されている間、開いている。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明のキャンプストーブの実施例の斜視図である。
図２は、図１の２−２線に沿って切断した断面図である。
図３は、図２の３−３線方向に見た底面図である。
図４は、本発明の孔開きプレート及び熱シートの実物大の斜視図である。
図５は、本発明の熱シートの底面を示す実物大の斜視図である。
図６は、本発明のボイラ心の実物大の斜視図である。
図７は、本発明の移送心の実物大の斜視図である。
図８は、本発明の供給心の斜視図である。
図９は、図２の９−９線に沿って切断した断面図である。
図10は、本発明の炎プレートと、孔開きプレートと、弁プレートとを示す平面図である。
図11は、本発明のノブシャフト及びピニオンシャフトを示す平面図で、折たたみ式の特徴を示している。
図12は、図２の一部を示す詳細図で、本発明のスタータアッセンブリを示している。
図13は、本発明の第２の実施例の側面断面図である。
発明を実施する最良の態様
本発明の囲み部材をされた毛管供給ボイラは、多くの適用、その中にあって小規模の蒸気供給器やマントルランプなどの適用を見い出すであろうことが着目されるべきであるけれども、簡単のためそして実施例だけを示す方法によって、本発明は携帯可能なキャンプストーブに関連して説明されるであろう。
最初に図１及び図２を参照すると、燃料リザーバ150は液体燃料158を収容するタンクである。リップ153を有し、ボイラフレーム14及び関連した装置を支持している燃料リザーバのふた152は、燃料リザーバ150に空気漏れを防ぐ囲み部材を提供している。ボイラフレーム14は、ねじ16によって燃料リザーバのふた152にねじ止めされ、弾性のＯリング18がボイラフレーム14と燃料リザーバのふた152との間に液体漏れを防ぐシールを提供している。好ましい実施例では、燃料リザーバ150と、燃料リザーバのふた152と、ボイラフレーム14とは、アルミニウムによって作られ、軽量で頑丈な構造を提供している。しかしながら、別の実施例では、これら部品は別の材料で形成されうる。
囲み部材19は単純な円筒部材であり、ボイラフレーム14を鉛直に通過し、ボイラフレーム14によって支持されている。囲み部材19は、熱不良導体である固体材料の薄い壁で作られており、移送心24と、ボイラ心20と、熱シート30と、孔開きプレート50とを収容している。
図３ないし図７を参照すると、供給心40の頂部42は、クリップ48とナット49とによって移送心24の下面に押し付けられている。供給心40の端部44は、液体燃料158に漬かって自由にぶら下がっている。供給心40は、好ましい実施例ではケブラーフェルト（Kevlar felt）で作られているが、これはガラスフリット（glass frit）又はセラミックのような有孔のたわみ性のある材料又は有孔の硬質材料によって作ることもできる。供給心40にどんな材料が使用されても、その孔は、毛管作用によって、液体燃料158を燃料リザーバ150から、そして供給心の端部44から頂部42へ出し、移送心24を経て移動させ、かつ、液体燃料158を適当な沸騰圧力でボイラ心20に与えるのに適当である寸法であるべきである。これに代えた実施例では、移送心24の一部は液体燃料158に直接漬けられ、供給心40を省略できることが着目されるべきである。
ボイラ心20は、移送心24の上面25と熱シート30の下面34との間で圧縮された円板状の部材である。好ましい実施例では、ボイラ心20はケブラーフェルトの３つの円板から作られている。しかしながら、別の実施例では、ボイラ心20は適当な孔寸法のセラミックのような別の有孔の材料で作ることができる。さらに、別の実施例では、ボイラ心20は単体か単層かの構造とすることができる。ボイラ心20は、シールがボイラ心20の円形エッジ23と囲み部材19の内面との間に形成されるように囲み部材19内にぴったり嵌まるべく設計されている。その結果、液体流れがボイラ心の孔を通って起こるが、ボイラ心の平均の孔寸法を越えるエッジギャップを通っては起こらない。ボイラ心20は、毛管作用が液体燃料を供給するように、かつ、熱シート30からボイラ心20へ伝えられる熱が適当な温度及び圧力の範囲にわたって液体から燃料蒸気への沸騰域を与えるように、適当な孔寸法と材料でなければならない。ボイラ心20がセラミック又は金属のような硬質の、有孔の材料で作られる場合、エッジ23と囲み部材19との間の蒸気の漏れを防止するシールは、正確に製作した同寸法のシールによって、又は漏れ防止タイプの接着剤の使用によって達成されうる。しかしながら、好ましい実施例におけるように、プラスチックフォーム又は性質の似ているバット若しくはフェルトのような柔軟な軟質材料でボイラ心20を作ることがより実際的であり、ボイラ心は必要とされる密封接触状態に圧縮される。
移送心24は、有孔の材料で作られた全体に円柱状の硬質部材であり、その孔寸法は供給心40及びボイラ心20の孔寸法と一致する。好ましい実施例では，移送心24はセラミックで作られているが、これはまた金属で作ることもできる。
特に図４を参照すると、熱シート30と孔開きプレート50とは、ユニットとして形成されたか又は組み立てられた全体に円柱状の部材である。好ましい実施例では、それらは一体構造である。熱シート30の上面32は、孔開きプレート50の下面54と境界面を形成している。両方とも金属のような熱良導体の材料で形成され、弁プレート60を経る熱戻しタブ90からの熱を液体燃料を沸騰させるためにボイラ心20に伝導する。熱シート30と孔開きプレート50とは、異なる材料で作ることができるが、好ましい実施例では両方ともアルミニウムで形成されている。
特に図５を参照すると、好ましい実施例では、熱シート30の下面34は下面で切断された一連の狭いスロット又は溝を備える。これらスロット又は溝は、熱シート30の鉛直方向すなわち軸線方向長さのおよそ半分伸びている。スロット36間の材料は一連の平行な羽根37を形成し、羽根37はボイラ心20の上面21と接触している。羽根37は熱シートからボイラ心への熱伝導手段を与えており、一方、羽根間のスロット36はボイラ心20から沸騰して出る蒸気のための流路を与える。熱シート30の上面32は、熱シートの鉛直方向長さに十分深く伸びているチャンネル38を備えている。その結果、ボイラ心20から孔開きプレート50へ流出する燃料蒸気を沸騰するために流体の連通が下面34からスロット36を経て、さらにチャンネル38を経て設けられている。
再び特に図４を参照すると、孔開きプレート50は上面52と下面54とをそれぞれ有する全体に円柱状の円板である。下面54は熱シート30の上面32と係合されており、好ましい実施例では、上面32と一体に形成されている。孔開きプレート50は上面52から下面54へプレートを貫通している孔56を備え、この孔56は熱シート30から弁プレート60への沸騰した燃料蒸気のための流体の連通と流路とを与える。孔開きプレート50のねじ孔58は、図２に示すように、ねじ88を受け入れ、弁プレート60と装置の付加的な部分とをその場所に保持している。
再び図１及び図２を参照すると、弁プレート60は、上面62と下面64とをそれぞれ有する全体に円柱状の部材であり、全体に円形のエッジ66を有する。弁プレート60は、熱戻しタブ90から孔開きプレート50へ、それから熱シート30へ熱を伝導する機能と、孔開きプレート50の孔56からジェット形成器70に出る燃料蒸気の流れを絞る手段としての機能との２つの機能を有する。熱戻しタブ90は弁プレート60とエッジ66から伸びているが、これはエッジと一体に形成することができる。しかしながら、好ましい実施例では、熱戻しタブ90は銅で作られており、ねじ91によって弁プレート60に取り付けられている。
弁プレート60に固定的に取り付けられたスタータガーダ67は、後述するように弁プレート60が操作のためにボイラ装置と整列すべく回転されるのでない場合には、スタータアッセンブリ180が操作されるのを妨げる。ポート68は、下面64から上面62へ弁プレート60をほぼ鉛直に貫通しており、弁プレート60が適当に整列されたとき、孔開きプレート50の孔56とジェット形成器70との間に燃料蒸気のための流体の連通を与える。
弁プレート60と上面62はジェット形成器70の下面74と固定的に結合される。弁プレート60の下面64は、孔開きプレート50の上面52と密接に、かつ、回転可能に接触している。コントロールシャフト110の作用により弁プレート60をねじ88の回りに回転することによって、弁プレート60のポート68は、孔開きプレート50の孔56と変化する整列状態とされ、それによって孔開きプレート50を出てジェット形成器70に流出する燃料蒸気の流れを調整可能に絞る。このようにして、ストーブの炎の強さと、その結果生ずる熱出力とが調整される。好ましい実施例では、弁プレート60はアルミニウムで作られているが、別の実施例では、どんな熱良導体の材料からでも作ることができる。
図２と図10とを参照すると、ジェット形成器70は全体に円柱状の部材であり、全体に円筒状の中空室を形成しており、かつ、上面72と下面74の外側エッジ76とを有する。外側エッジ76を切断した一連のジェットオリフィス78は、ジェット形成器70の中央室から流出する燃料蒸気のための流体通路を与える。ジェットオリフィス78は流出する燃料蒸気のジェットを形成すべく寸法決めされている。流出する燃料蒸気のジェットは周囲空気と混合され、その混合物がそれから燃焼され、炎84を形成する。好ましい実施例では、ジェットオリフィス78は狭い単純なスロットであり、ジェット形成器70は弁プレート60の上面62と一体である。ジェット形成器70は弁プレート60と一緒にねじ88の回りを回転する。
炎プレート80は頂部にある全体に円板の板であり、ジェット形成器70の上面72と固定的に接触している。炎プレート80はジェット形成器70及び弁プレート60と一緒にねじ88の回りを回転する。炎プレート80は、炎84をジェットオリフィス78から水平方向へ外向きに広げさせるべく直径の寸法が決められ、調理及び加熱過程に適する、本質的に円形の炎リングを形成する。好ましい実施例では、炎プレート80はセラミックで作られているが、別の実施例では、耐炎及び耐熱に適するどんな材料からでも作ることができる。
特に図10を参照すると、熱戻しタブ90は、弁プレート60のエッジ66に等間隔で固定的に取り付けられ、エッジ66から平行方向へ外向きに伸びている。熱戻しタブ90の目的は、炎84から熱の一部を戻して熱シート30に伝えることである。熱戻しタブ90は経験的に寸法決めされ、熱の適当量を弁プレート60及び孔開きプレート50を経て熱シート30に伝えるべく形状を定められている。高い蒸気流れでは、高い熱流れがボイラで燃料を蒸発するのに必要とされる。一方、低い蒸気流れでは、ほんの少しの熱がボイラで燃料を蒸発するのに必要とされる。熱戻しタブ90は炎84の一部を途中で奪うべく形状を定められ、かつ、配列されている。炎84の大きさと位置とは、孔開きプレート50に対する弁プレート60の設定に依存する。したがって、熱戻しタブ90によって途中で奪われた炎84の一部は、蒸発絞りの量で変動する。この作用は、ストーブのどのような設定にも適する熱流れを熱戻しタブ90に与える。図面に示されているように、熱戻しタブ90はそれぞれの端部で水平から上向きに曲げられている。すなわち、より高いバーナ設定ではより大きな炎84が熱戻しタブの上方に曲げられた端部に衝突するように曲げられている。このようにして、炎の熱の多くが熱戻しタブ90に、そして熱シート30に沸騰速度を増加するために伝えられる。好ましい実施例では、熱戻しタブ90は弁プレート60と一体に作られる。
図２及び図11を参照すると、コントロールシャフト110はシャフトハウジング112内に嵌められ、シャフトハウジング112から伸びている。シャフトハウジング112はボイラフレーム14の頂部に位置している。コントロールシャフト110は２つの部分、すなわちノブシャフト115とピニオンシャフト117とからなり、ピニオンシャフト117の一方の端部はノブシャフト115の一方の端部内に受け入れられている。ノブシャフト115及びピニオンシャフト117は全体に円筒状の中空部材であり、内部の弾性のあるショックコード119によって互いに結合されている。この配列は、携帯の容易さのために２つのシャフトを短い長さに折りたたんだ後、すばやい再組立てを可能にする。ノブシャフト115のフランジ121は、コントロールシャフト110がすべての弁を閉じる位置にない場合、ノブシャフトが燃料リザーバのふたのリップ153を通過して滑るのを防ぎ、かつ、ピニオンシャフト117から切り離されるのを防ぐべく特に形状を定められており、これによって充填インターロックを与えている。
コントロールシャフト110は、孔開けプレート50に対する弁プレート60の角位置を変えることによってストーブの熱出力を手動で制御するのに使用される。これは、ピニオンシャフト117上のピニオン116によって達成される。ピニオン116は正面歯車94とかみ合い、正面歯車94は弁プレート60から下方へ伸びている。ノブ114が手によって回転されるとき、ピニオン116を回転させ、ピニオン116に対して正面歯車94を並進させ、弁プレート60がネジ88の回りを回転され、このようにして孔開きプレート50と弁プレート60との間の絞りを変え、それからジェット形成器70へ流出する蒸気と、ジェットポート78を出る炎84の大きさとを変える。図９を参照すると、ピニオンシャフト117はスロット118とスロット118内の回り止め120とを備える。スロット118は、ピニオンシャフト117の270゜の回転用に伸びている角切断であり、回り止め120はスロット118の一方の端部で平らにされた、わずかに深い部分である。スロット118と回り止め120とは、通気ピストン130の位置を制御し、後述するように、通気孔113から燃料リザーバ150内のガス空間154への空気通路を与える。
図２及び図９を参照すると、上方の端部にチップ132を、また下方の端部にヘッド134を有する通気ピストン130は、ボイラフレーム14内の通気孔136に滑動可能に受け入れられている。ばね47は弾性のある薄い金属製の半円形部材であり、その両方の端部がナット49によって固定されている。ばね47は通気ピストン130のヘッド134に作用し、両者が通気ピストン130を所定の位置に保持している。さらに、ピストンに確実な概して上向きの力を与えてチップ132をコントロールシャフト110のスロット118と確実に係合させている。通気ピストン130の中央部分の直径は、空気の通過を許容するべくピストンと通気孔136の内壁との間に十分なクリアランスができるように設計されている。通気ピストン130のチップ132は、コントロールシャフト110がストーブの熱出力を制御すべく回転されるとき、コントロールシャフト110のスロット118に支えられて動く。スロット118は次のように設計されている。すなわち、チップ132が回り止め120に位置するとき以外のコントロールシャフト110のすべての角位置では、通気ピストン130が下方の開き位置となり、通気孔113を通ってシャフトハウジング112へ、さらに通気ピストン130と通気孔136の内壁との間のギャップに沿って通気孔136を通って燃料リザーバ150のガス空間154へ大気からの空気の通過を許容するように設計されている。前記空気の通過は、燃料が消費され、燃料リザーバ150内の液体燃料のレベルが下がるときのガス空間154内の真空生成を防ぐ。
スロット118と回り止め120とは、コントロールシャフト110が孔開きプレート50の孔56を通る燃料蒸気の流出通路を閉じ、これによってストーブを消すべく回転されたとき、通気ピストン130上のチップ132が回り止め120と係合するように配置されている。回り止め120はスロット118よりも深くなるようにピストンシャフト117に切断されている。その結果、回り止め120が通気ピストン130のチップ132と係合するとき、通気ピストン130が通気孔136内でより高く滑り、Ｏリング138を通気孔136の下方の端部で着座させ、大気からガス空間154及び燃料リザーバ150への空気流れ通路を密封する。このようにして、ストーブが消されるとき、燃料リザーバ150は密封して閉じられ、ストーブが液体燃料を漏らしたり、こぼしたりする危険なく水平方向に関するどの位置でも搬送されるのを可能にする。
図２及び図12を参照すると、スタータアッセンブリ180は、ネジ184によってボイラフレーム14に取り付けられ、下方へ燃料リザーバ150内へ伸びている全体に円筒状のシース182を備える。全体に円筒状の心チューブ186はシース182内に滑動可能に配置され、シース182の上方へある距離だけ伸びている。心チューブ186の下方の端部に固定的に取り付けられたプランジャ192は、心チューブ186と共に上下方向へ動く。スプリングバー196は、概して上向きの力をプランジャ192と心チューブ186とに加える。プランジャ192の溝195内に配置されたＯリング194は、プランジャ192が最も高い位置にあるとき、燃料入口197を遮断して密封する。燃料室200は、燃料入口197がＯリング194によって遮断されていないとき、燃料リザーバ150と連通する。スタータ熱シート190は心チューブ186の上方の端部近くで心チューブ186内に固定的に配置されている。スタータ熱シート190は、前述の熱シート30と同様に、羽根を形成され、溝を付けられた円板である。スタータ心188がシース182内に配置され、燃料室200からスタータ熱シート190の下面まで伸びている。スタータ心188は好ましい実施例ではケブラーフェルトで作られているが、これはガラスフリット又はセラミックのような別の有孔の、たわみ性材料、又は有孔の、硬質材料で作ることもできる。スタータ心188のためにどのような材料が使用されても、その孔は、毛管作用によって、燃料室200から燃料158をスタータ熱シート190まで移動させ、かつ、適当な沸騰圧力で液体燃料をスタータ熱シートの上方の端部まで供給するのに適当な寸法であるべきである。スタータ心188の上方の端部は、その上方の端部でスタータ熱シート190の下面と心チューブ186の内面とにしっかり押し付けられるように設計されている。心チューブ186を囲み部材のように作用させて、スタータ熱シート190とスタータ心188の隣接部分とは、スタータ心188によって燃料室200から移された液体燃料158を沸騰するための毛管供給ボイラとして機能するべく設計されている。スタータ熱シート190からスタータ心188の上方部分へ伝えられた熱は、温度及び圧力の適当な範囲にわたって液体から燃料蒸気への沸騰域を与える。
スタータ熱シート190からの沸騰した燃料蒸気は、通路202を経て、さらにオリフィス204を経て上方へ流れ、ジェットチューブ206から出る。ジェットチューブ206では燃料蒸気は空気と混合される。空気と燃料蒸気との燃料可能な混合物はジェットチューブ206から出て図12において左方へ流れ、炎形成器208に衝突する。炎形成器208は、ガス流れを各側部への２つの等しい部分に分割し、流れが図12において右方に向けて動くようにその方向を大体逆転させる。分割及び再方向付けの後、燃焼可能な混合物の流れは燃焼し、弁プレート60の下面64を加熱する炎を作る。同時に、心チューブ186の上方の端部に固定的に結合された炎形成器208は、燃焼されたスタータの燃料蒸気から熱のいくらかを捕捉し、それをスタータ熱シート190に戻す。
保持クリップ198は、スプリングバー196と、プランジャ192と、心チューブ186とを保持してシース182に対して所定の位置にする。
スタータアッセンブリ180の操作は次のとおりである。コントロールシャフト100を回転して弁プレート60を回転し、さらにスタータガード67を炎形成器208から離れさせた後、炎形成器20が瞬間的に押される。炎形成器208を押すことは、心チューブ186とプランジャ192とをスプリングバー196によって与えられる抵抗に抗してシース182内で下方へ移動させることとなる。プランジャ192が下方へ動かされるとき、Ｏリング194はもはや燃料入口197を遮断しないので、燃料158を燃料リザーバ150から上方へ向けて流れさせ、燃料室200に流入させる。ひとたび炎形成器208が解放されると、心チューブ186とプランジャ192とは上方へ復帰し、Ｏリング194が燃料入口197を密封し、前もって定めた量の燃料が燃料室200に閉じ込められる。燃料室200に閉じ込められた燃料は、スタータ心188による毛管作用下で上方へ移され、スタータ熱シート190の近傍にあるスタータ心188の上方の端部に達する。炎源がそれから直接に炎形成器208に働かされる。炎形成器208は炎源の熱をスタータ熱シート190に伝える。スタータ熱シート190はその熱のスタータ心188の上方部分に伝え、スタータ心188の上方部分に含まれている移された液体燃料の温度を上昇させる。この液体燃料の温度が支配的な圧力の沸騰点に達したとき、液体燃料は沸騰を開始する。生成された燃料蒸気はスタータ熱シート190内のスロット及びチャンネルを経て、さらに通路202及びオリフィス204を経て上方へ移動し、ジェットチューブ206から出る。ジェットチューブ206では、燃料蒸気は空気と混合し、炎形成器208に働かされている外部の炎源によって点火される。ひとたび点火が起こると、炎形成器208に働かされた炎源は取り除かれる。それは、点火された燃料蒸気によって解放された熱の一部が炎形成器208を経てスタータ熱シート190に戻され、自己保持する毛管供給沸騰作用を生ずるからである。
炎形成器208は、燃焼されたスタータ燃料蒸気によって生じた炎を上方へ弁プレート60まで導くべく設計されている。弁プレート60は孔開きプレート50を経て熱を熱シート30に伝え、ボイラ心20における主の毛管供給沸騰作用を開始する。ボイラ心20で生成された燃料蒸気がひとたびジェットオリフィス78を出ると、その燃料蒸気は空気と混合し、炎形成器208によって上方へ導かれている、スタータアッセンブリ180からの炎によって点火される。熱戻しタブ90は、ジェットオリフィス78で生じた炎から十分な熱を戻し、ボイラ心20における毛管供給沸騰作用を維持する。燃料室200内の液体燃料がスタータアッセンブリ180での燃焼によって消費されると、スタータアッセンブリの燃焼は止まる。燃料室200は、スタータアッセンブリ180内の燃焼が止まる前に、ボイラ心20において自己保持する毛管供給沸騰作用を開始するために十分な燃料を与えるべく設計されている。
再び図１を参照すると、支持プロング160は、ストーブによって加熱されるべき調理パンその他の調理具を設置するための面を与えている。支持プロング160は、ボイラフレーム14に固定的に取り付けられた、曲がった金属タブである。頂部囲み部材170もまた設けられている。頂部囲み部材170は、燃料リザーバ150の外周面に嵌まるべく寸法決めされ、ストーブの容易な運搬のための囲み部材を形成する。ハンドル172は、天地を逆にしたとき、頂部囲み部材170を調理ポットとして機能させる。ストーブの操作は次のとおりである。まず、ボイラフレーム14と関連する器具とをねじ16を緩めて燃料リザーバのふた152から外し、燃料リザーバ150の内部をさらして液体燃料158を燃料リザーバ150に注入する。液体燃料は、取り外されたボイラフレーム14によってふた152に残された開口を経て注入することができる。ボイラフレーム14が再び取り付けられたとき、供給心40の端部44及びプランジャ144が燃料に漬かることとなるように、十分な量の液体燃料158を注入する。ボイラフレーム14はそれから、Ｏリング18がボイラフレーム14と燃料リザーバのふた152との間でしっかり圧縮され、燃料リザーバの内部と大気との間に密封したシールができるまで、燃料リザーバ150のふた152の所定位置にねじ込められる。
正面歯車94と、それと共に弁プレート60とが上方から見たとき、ねじ88の回りを時計方向へ回転するように、ノブ114が反時計方向へ回されてコントロールシャフト110を回転し、それと共にピニオン116を回転し、ボイラ心20とジェット形成器70との間の流体連通通路を開く。弁プレート60が回転するとき、スタータガード67がそれと共に動いてスタータアッセンブリ180の炎形成器208をさらす。コントロールシャフト110と、それと共にピニオンシャフト117とが回転するとき、通気ピストン130のチップ132は回り止め120との係合を解かれ、ピニオンシャフト117内の同心状のカムスロット118に沿って反時計方向へ動く。この動きは通気ピストン130をばね47に抗して下方へ移動させ、大気から通気孔136を経て燃料リザーバ150のガス空間154に至る空気通路を開く。それによって作られた流体連通通路は、大気から空気をガス空間154に移動させ、ボイラを作動するとき消費される液体燃料によって作られているすきまを満たす手段を提供する。
次に、スタータアッセンブリ180の炎形成器208が心チューブ186と、プランジャ192と、関連する要素とを介してスプリングバー196の抵抗力に抗して下方へ押される。この作用は燃料入口197を開き、燃料リザーバ150内の液体燃料158を上方へ向けて流れさせ、燃料室200に流入させる。炎形成器208は瞬時下方に保持され、燃料室200を充填させる。炎形成器208が解放されたとき、炎形成器は、心チューブ186と、プランジャ192と、関連した器具と一緒に上方へ動き、燃料入口197をＯリング194で密封する。燃料室200内の液体燃料がスタータ心188による毛管作用で上方へ移動し、スタータ熱シート190の近傍に達するまでの時間を与えるためここで数秒の遅れが必要である。それから、外部の炎源が炎形成器208に働かされてそれと、付随的にスタータ熱シート190とを加熱し、スタータ心188内の液体燃料の沸騰を開始する。燃料蒸気がジェットチューブ206を出て空気と混合するとき、それは外部の炎源によって点火され、自己保持燃焼とスタータアッセンブリ180の毛管供給沸騰とを開始する。
スタータアッセンブリ180によって生成された燃焼炎は、炎形成器208によって上方、かつ、内方へ導かれ、弁プレート60の隣接部分に衝突し、それを加熱する。この熱は、弁プレート60と、孔開きプレート50と、熱シート30とを経てボイラ心20に伝えられる。
ボイラ心20内の液体燃料が残存している毛管圧力に対応する蒸発温度まで加熱されたとき、燃料が沸騰し、解放された燃料蒸気は、ボイラ心20の残り部分を経て、熱シート30のスロット36及びチャンネル38を経て、孔56及び孔開きプレート50を経て、そしてポート68及び弁プレート60を経て上方へ流出し、ジェット形成器70に入り、ここで最後にジェットポート78から流出する。ジェットポート78を出て空気と混合すると、解放された燃料蒸気はスタータ心188からの炎によって点火され、ストーブを始動する。ひとたびストーブが始動すると、炎84からの熱のいくらかが弁プレート60と、孔開きプレート50と、熱シート30とを経てボイラ心20に伝えられ、沸騰過程を維持する。
孔開きプレート50に対する弁プレート60の位置によって決定されるより高いストーブ出力では、炎84はジェットポート78から水平方向へ十分な距離伸びることとなり、熱戻しタブ90に衝突する。このように、ボイラ心20に付加的な戻り熱を伝え、より高い燃料蒸気の生成速度に必要なより高い沸騰速度を維持する。前述のように、熱戻しタブ90は、装置の他の熱伝達要素と共に、経験的な正確な量の熱がボイラ心20に伝えられて沸騰を維持するように構成されている。
ひとたびストーブが作動されると、加熱されるべき調理パンその他の調理具は頂部の支持プロング160に置かれる。調理又はその他の加熱が進行するとき、弁プレート60を経てジェット形成器70に入る燃料蒸気の流れを絞るため適当にコントロールシャフト110を回転するのにノブ114が使用され、このようにしてストーブの出力を調整する。異なる量の燃料蒸気の流れがボイラから要求されるとき、熱シート30を経てボイラ心20に伝わる熱は、前述のように、自動的に調整されて沸騰を維持する。
毛管供給ボイラを採用している液体燃料ストーブの第２の実施例が図13に示されている。この実施例では、熱戻しタブ90は、囲み部材19に取り付けられ、電池97によって電力を供給される抵抗熱要素96によって置き換えられている。別の実施例は種々の別の電源を採用しうる。この実施例では、燃焼からのいくらかの熱が迷伝導や対流、放射によってボイラに偶然に到達する。抵抗熱要素96はこの迷熱に蒸発流れを維持するのに十分な熱を加える。電熱は熱シートを制御できる温度に維持するのに電子的に制御される。
熱シート30の温度は、周知の電子制御技術を使用して熱要素96の抵抗によって検知される。ノブによって、この温度は手動で制御される。
本発明の第２の実施例は蒸気弁を必要としない。蒸気はボイラからジェット形成オリフィスまで妨げられずに流れる。蒸気流れはボイラへの熱入力に依存し、熱入力は熱シートの温度に依存する。したがって、燃焼熱の出力は手動制御される熱シートの温度に依存する。
第１の実施例では、ストーブ出力の制御は孔開きプレート50と弁プレート60との相対位置によって燃料蒸気の流れを絞ることによって達成されている。第２の実施例では、弁プレート60が孔開きプレート50に対してひとたび回転され、開き位置になると、弁プレート60は固定したままであり、ストーブ出力は抵抗熱要素96の熱出力、したがってボイラ心20の沸騰速度を制御することによって制御されている。コントロールシャフト110に取り付けられ、コントロールシャフト110の回転によって手動で制御される加減抵抗器96は、抵抗熱要素96への電気供給量を変え、熱要素の熱出力を変えている。この配置は、正確な制御が望まれる適用のためのストーブの出力を制御する正確な方法を提供する。第２の実施例のキャンプストーブの、ジェット形成器70や通気ピストン130、スタータ心140のような部分は、第１の実施例のそれと同様である。
このように、本発明は危険な加圧された燃料を必要とすることなく、安全で携帯可能な漏れのないストーブを提供する。
本発明の好ましい実施例について図示し、説明したが、この発明はそれに限られるものではなく、添付の請求の範囲内で種々に具体化されうるということが理解されるべきである。

Claims (21)

1. 液体から蒸気を発生させるための装置であって、
   気化される液体をボイラ心に供給するための手段であって、前記ボイラ心が第１の端部と、第２の端部であって液体が毛管作用により前記第１の端部から前記第２の端部に向けて移送される第２の端部とを有し、前記第１の端部が前記ボイラ心に液体を供給するための手段と作動的に接触しており、前記ボイラ心が連続した周囲エッジを有し、前記第２の端部と前記ボイラ心の連続した周囲エッジとが蒸気不透過性のボイラ心格納手段内に収容されている、供給手段と、
   毛管作用によって前記ボイラ心の第２の端部に近づく液体に蒸発熱を供給するために前記ボイラ心と熱交換関係にある熱源と、
   蒸気が発生される前記液体の圧力より高い圧力で前記ボイラ心格納手段から前記蒸気を排出するための手段とを含む、蒸気発生装置。
2. 前記ボイラ心に液体を供給するための手段は、毛管作用をする有孔の供給心である、請求項１に記載の装置。
3. 前記液体は液体燃料である、請求項１に記載の装置。
4. さらに、蒸発された前記燃料を燃焼させるための手段を含む、請求項３に記載の装置。
5. 前記熱源は、蒸発された燃料の燃焼から熱を得る、請求項４に記載の装置。
6. 前記熱源は電気である、請求項１に記載の装置。
7. 前記熱源は、可変量の熱を前記ボイラ心に供給することができる、請求項１に記載の装置。
8. さらに、液体リザーバを含む、請求項１に記載の装置。
9. 前記蒸気を排出するための手段は調節可能の蒸気弁からなる、請求項１に記載の装置。
10. 前記蒸気を排出するための手段は開口からなる、請求項１に記載の装置。
11. 前記ボイラ心格納手段は、前記ボイラ心の連続した周囲エッジに近接する囲み部材と、前記ボイラ心の第２の端部に近接する有孔のプレートとを含む、請求項１に記載の装置。
12. 前記ボイラ心格納手段は、熱の不良導体からなる材料で構成された第１の部材と、熱の良導体からなる材料で構成された第２の部材とを含む、請求項１に記載の装置。
13. 前記蒸気発生装置はストーブ内にある、請求項１に記載の装置。
14. 前記蒸気発生装置はマントルランプ内にある、請求項１に記載の装置。
15. 液体から蒸気を発生させ、前記液体の圧力より高い圧力で前記蒸気を供給するための装置であって、
    ボイラ心であって該ボイラ心内で前記液体が加熱され、蒸発されるボイラ心と、
    前記ボイラ心に熱を伝導する熱源と、
    前記ボイラ心の周囲エッジに接する蒸気不透過性の囲み部材と、
    前記ボイラ心に近接する少なくとも１つの孔を有する有孔のプレートであって該有孔のプレートと前記蒸気不透過性の囲み部材とが前記ボイラ心が作動する閉鎖空間を形成し、また前記有孔のプレートが、前記液体の圧力より高い圧力で前記閉鎖空間から開放される蒸気のための流路を提供する、有孔のプレートとを含む、装置。
16. 前記液体は液体燃料である、請求項15に記載の装置。
17. さらに、蒸発された燃料を燃焼させるための手段を含む、請求項15に記載の装置。
18. 前記熱源は、蒸発された燃料の燃焼から熱を得る、請求項15に記載の装置。
19. 液体を蒸発させるための方法であって、
    毛管力によって液体の移送が可能である、ボイラ心格納手段内に格納されているボイラ心の第１の端部に前記液体を導くこと、
    前記第１の端部における温度が全体的に周囲温度でありかつ前記ボイラ心の他の領域における温度が前記液体の蒸発温度に相当するように、前記ボイラ心内に熱勾配を生じさせること、
    前記ボイラ心の前記領域に近接する液体を、蒸気を生じさせるための前記液体の蒸発温度に相当する温度で蒸発させること、及び
    前記蒸気を開放する前に前記ボイラ心格納手段内の前記蒸気を圧縮することを含む、方法。
20. 前記液体は燃料であり、さらに、前記ボイラ心格納手段から前記蒸気を開放すること、前記蒸気を混合して可燃混合気を作ること、及び前記可燃混合気に点火しこれを燃焼させることを含む、請求項19に記載の方法。
21. さらに、前記液体燃料の蒸発化のために前記ボイラ心の一部に前記可燃混合気の燃焼中に生じた熱の一部を戻すことを含む、請求項20に記載の方法。

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