JP3720196B2 - ポット式液体燃料燃焼装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として灯油（多数の炭化水素の混合物）を青火燃焼させるポット式燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
灯油を燃焼させるとき、その火炎帯中で連鎖的に行われる素反応を概念的に説明すると、まず酸素分子による脱水素反応が起こり、不安定な中間生成物（ＲＨ＋Ｏ² Ｒ＋Ｈ₂ Ｏ）ができ、更に酸化や熱分解を経てアルデヒド（Ｒ´ＣＨＯ）、ケトン｛（Ｒ´）² ＣＯ｝などを生成する。これに十分な酸素を供給すると最終的にはＣ０² とＨ₂ Ｏになる。
【０００３】
このような素反応を確実に行わせるために、灯油等の液体燃料を燃焼させるとき、蒸発・混合拡散・燃焼という過程を経て燃焼させる必要がある。
この過程を踏んで燃焼させるためにポット式燃焼装置では、ポットの底部に供給される液体燃料に点火ヒータで着火燃焼させ、着火燃焼後は燃焼熱によって燃料を自律的に蒸発させ、始め空気不足の状態で拡散燃焼させ、これに外部から空気を徐々に供給して予混合しつつ拡散燃焼させるという燃焼プロセスを取るが、ポット式燃焼装置では、蒸発・混合拡散・燃焼という過程が明確には分離できず同時に進行している。
このため、完全燃焼させたとしても、比較的酸化・熱分解の進んでいない不安定な中間生成物が最終的な燃焼段階に入り込んで、水素に比し活性化しにくい炭素が遊離炭素（微細な固体炭素の粒子及び炭素分子）として発生し、この遊離炭素が火炎中で高温になって発光して赤炎による燃焼となる。
そこで、ポット内に赤熱体を設けて予混合を促し、青火燃焼させるようにしたものが、実開昭６０−３８３１４号公報等で知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、助燃体ａは、図４に示すごとくリングｂから起立する数本の支持板ｃを介してその上部に一体に取り付けた赤熱筒ｄからなり、該赤熱筒ｄの周囲と対向するポットＰの周壁に二次空気孔ｐ−２を設けて、該赤熱筒ｄと対向するポットＰの周壁との間（燃焼部）で青火燃焼させるようにしている。
このため、ポットＰの底部で気化蒸発した燃焼気が支持板ｃ，ｃ間を通って直接燃焼部に流れる。
しかも、助燃体ａは、ポットＰの点検掃除を行うとき取り外せるように、図４に示すごとく、ポットＰの周面に設けた数本のピンＰ−１上に載置して取り付けられている。
このため、ポットＰの底部で生成される比較的酸化・熱分解が進んでいない不安定な中間生成物が、ポットＰとリングｂとの隙間を介しても最終燃焼段階である燃焼部に入り込む。この結果、予混合が不均一な状態の中間生成物が燃焼部に入り込んで赤火を発生させる。
この赤火の発生を防ぐため、二次空気の量を増やし、理論空気量に比し空気が過剰な状態で燃焼させることで、赤炎の発生を極力回避すると同時に赤炎が発生しても素早く燃焼を完結させて赤炎が目立たないようにするものも知られている。
【０００５】
このものは、大燃焼（燃焼量０、６２L/H ）時の排気出口のＣＯ₂ の濃度が約９％という製品が多く、小燃焼では排気出口のＣＯ₂ の濃度が約５％以下の製品が多い。このものでは、二次空気孔からの空気吹出し速度と燃焼速度との関係等に配慮しなければならず、これらの僅かな違いで燃焼が不安定になり易く、しかも、ポットに設けた空気孔は最大燃焼させるときを基準に設計されるから、燃焼量を調節するものにおいて、燃焼量を小さくすると、より空気過剰の状態が進み飛び火する等の異常燃焼を起し易くなる。その結果小燃焼側では、未燃焼生成物の発生が多くなる。
本発明はかかる不具合のないポット式燃焼装置を得ることを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、上面に開口を備え、周壁に一次空気孔と二次空気孔を備えるポット内に、助燃体を設けると共に、ポットの底部上面に、液体燃料を供給して気化燃焼させる式のポット式液体燃料燃焼装置において、前記助燃体を、多数の透孔を備える金属製の筒体と該筒体の下側に当接させて設けた金属製のリングと該筒体の上側に当接させて設けた金属製の帽状赤熱板とで構成したことで、ポットの底部と燃焼部は筒体によって分けられ、ポット底部で蒸発燃焼した燃焼気の殆どが、筒体に設けた透孔を通ってポットの上部開口部に形成される燃焼部に流れる。
【０００７】
このため、気体に比し熱の吸収・輻射率の高い筒体に熱を奪われて、燃焼気の温度が下がり燃焼気の活性化を押えて前述する素反応及び予混合を確実に踏ませることができる。その結果、前述した不安定状態にある比較的酸化、分解が進んでいない中間生成物が直接燃焼部に流れ込むことがなく、安定した青火燃焼を行わせることができる。
【０００８】
更に、該ポットの下部を上部に比し小径として、該ポットの上部と下部との間に環状の段部を構成し、該段部に、前記助燃体をその下端のリングで、段部に密着載置させたことで、ポットと助燃体との間に隙間を生ぜず、全ての中間生成物を筒体を通して燃焼部に供給することができて、より確実に中間生成物が直接燃焼部に流れ込むことがなくなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明実施の形態の一例を別紙図面に付き説明する。
図で１はポット式燃焼装置を示し、該ポット式燃焼装置１は、開口近傍に数段に亘って列設した二次空気孔２ａと、底部近くに列設した一次空気孔２ｃを備えるポット２と、該ポット２を囲繞する空気室３と、該ポット２の上方に形成される燃焼室４とを備え、該空気室３は、該ポット式燃焼装置１を載置する架台５内に設けた通風路６を介して該架台５上に設けた燃焼用送風機７の吐出口７ａと連結させ、該燃焼用送風機７の吸気口に連なる吸気筒７ｂを介して室外から取り入れられる空気を該空気室３を介してポット２に供給するようにした。
【００１０】
８はフロートによって開閉制御される流入弁（図示しない）によって油面を一定に保ち得る定油面器、９は該定油面器８に設けた電磁ポンプ、１０は該電磁ポンプ９の吐出口に連なる給油管、１０ａは給油管１０の先端に設けたポット２の底部２ｂの上方中央まで伸びるノズルを示し、該ノズル１０ａの先端開口からポット２の底部２ｂに燃料を供給する。
なお、該定油面器８内の上部空間と前記通風路６とをエアパイプ１１で接続して該定油面器８内の油面に燃焼用送風機７の風圧をかけるようにした。
ポット２は、その下部２Ｂの直径を上部２Ａの直径の2/3 程度と細くしてポット底部２ｂの面積を小さくした。
これを具体的に示すと、経験則からポット２の開口径は最大燃焼量０．４１L/時で約８０mm、０．６２L/時で約１２０mm、０．８L/時で約１６０mmであるが、上部２Ａの直径を１２０mmとした場合、下部２Ｂの直径を約８０mmとした。１３は下部２Ｂの周壁を貫通してポット２の底部上面に臨ませた点火ヒータを示し、上述するごとく、底部の面積を小さくしたことで、点火ヒータ１３の出力をきわめて出力の小さい１４０Ｗで、十分従来例の一般的なポット式燃焼器（６００Ｗのヒータを用いたもの）と同様に、通常燃焼に移行する時間（点火から温度調節動作開始までの時間）を８分程度にすることができた。
【００１１】
そして下部２Ｂを細くした結果上部２Ａと下部２Ｂとの境界部にできる環状の水平段部２Ｃに密着載置して金属製の助燃体１２を取付けた。
助燃体１２は、前記水平段部２Ｃに密着載置する下端に設けたリング１２ａと上端の帽状の赤熱板１２ｂと、該リング１２ａと赤熱板１２ｂとに介在させた多数の透孔１２ｃ−１を備える筒体１２ｃとで構成され、リング１２ａと赤熱板１２ｂと筒体１２ｃとは、筒体１２ｃの上下に複数本の爪１２ｃ−２を、リング１２ａに設けたスリット孔（図示しない）並びに赤熱板１２ｂに設けたスリット孔（図示しない）に挿着した後、爪１２ｃ−２の先端を折り曲げることで一体に構成する。
【００１２】
リング１２ａは、外側の水平環状部１２ａ−１と、該外側の水平環状部１２ａ−１の内縁から垂直に下がる立下部１２ａ−２と、該立下部１２ａ−２の下端から内方に伸びる内側の水平環状部１２ａ−３とからなる。
前記助燃体１２は、ポット２の水平段部２Ｃの上面に耐熱性のパッキン１２ｄを介して載置した。
筒体１２ｃは、略４mm程度の直径の多数の透孔１２ｃ−１を、開口率２０％乃至４０％の範囲に収まるように穿設したステンレス鋼からなるパンチング板で構成し、筒体１２ｃの直径はポット２の上部２Ａの直径の略1/2 程度とした。
これを具体的数値で示せば、最大燃焼量０．６２L/時のポット２に取付ける筒体１２ｃは、その直径約６０mm、高さ４０mm程度の大きさを備え、これに孔径４mmの透孔１２ｃ−１を周方向に沿って２５個宛て上下方向に７段に設けた。
【００１３】
赤熱板１２ｂは、該筒体１２ｃの上面を覆う覆い部１２ｂ−１と該覆い部１２ｂ−１から外方に伸びる庇部１２ｂ−２と、該庇部１２ｂ−２の外縁から下方に伸びる垂直部１２ｂ−３とを備え、最大燃焼量０．６２L/時のポット２に取付ける赤熱板１２ｂでは、その庇部（筒体１２ｃより外に突出する部分）の幅を約２０mm（筒体１２ｃの外周より外方に突出する幅）とし、垂直部１２ｂ−３の高さを約７．５ｍｍとした。
助燃体１２をポット２に取り付けるとき、該助燃体１２の赤熱板１２ｂの外周に、ポット２に列設した二次空気孔２ａが対向するように取り付けて該赤熱板１２ｂの外周とポット２の上部との間に主燃焼部１４を構成させる。
【００１４】
なお、図示するポット２は、底部２ｂを二重底に構成し、上底板２ｂ−１と下底板２ｂ−２との間に空間２ｄを設けると共に、上底板２ｂ−１をテーパ面に構成し、上底板２ｂ−１の中央より高い周縁部に周方向に沿って複数の透孔２ｅを設けて、未着火等によってポット２内に溜まる燃料を該透孔２ｅから空間２ｄに流し、該空間２ｄと定油面器８とを戻し管１５で接続して、該空間２ｄに流入した燃料を定油面器８に戻すようにした。
【００１５】
なお、ポンプ９に何等かの原因で空気が入り、それが給油管１０を介してノズル１０ａに入り込むと、流量抵抗が変化してポット２に供給される給油量が変り、又消火時に電磁ポンプ９を停止させると、給油管１０並びにノズル１０ａに燃料が溜まった状態となり、これが徐々に流れて、消火操作後完全に消火するまでの時間が長くなる。
これを防ぐため、給油管１０の一部と定油面器８内上面の空間とを連通管１６で接続した。
【００１６】
次ぎに本燃焼装置による燃焼を説明する。
本燃焼装置は、予め点火ヒータ１３によってポット２の底部２ｂを加熱し、加熱された底部２ｂに燃料を供給して蒸発気化させ、着火燃焼後は燃焼熱によって燃料を自律的に蒸発させて、始め空気不足の状態で燃焼させ、これに外部から空気を徐々に供給して（これまでに供給する空気は全空気量の１０％乃至３０％に押さえる）燃焼気を作る。この燃焼気の殆どが、助燃体１２の筒体１２ｃに設けた透孔１２ｃ−１を通って主燃焼部に供給される。
【００１７】
この助燃体１２の筒体１２ｃを通過するとき、燃焼気は、気体に比し熱の吸収・輻射率の高い筒体１２ｃに熱を奪われて、燃焼気の温度が下がり燃焼気の活性化を押えられ、その間に素反応及び空気との混合を確実に踏ませる。このため、不安定状態にある比較的酸化・分解の進んでいない中間生成物が直接主燃焼部１４に流れ込むことがなく、これによって安定した青火燃焼を行わせることができる。
かくすることで、従来例の如く、多量な過剰空気を供給する必要がなくなり、燃焼を安定させる方向に導けた。
この結果を実験装置で得られた数値で示せば、
従来の燃焼装置では、燃焼量０、６２L/H （大燃焼）では排気出口のＣＯ₂ の濃度が約９％、燃焼量０、１９L/H （小燃焼）では排気出口のＣＯ₂ の濃度が約５％であったが、本燃焼装置では、燃焼量０、６２L/H （大燃焼）では排気出口のＣＯ₂ の濃度を約１２％、燃焼量０、１９L/H （小燃焼）では排気出口のＣＯ₂ の濃度を約７、５％とすることができた。
【００１８】
なお、該筒体１２ｃによって熱を奪いすぎると、特に温度が低く燃焼が不安定な点火時に失火する恐れがある。
しかし、これは上述するごとく筒体１２ｃに設けた透孔１２ｃ−１の大きさ、開孔率を上述する範囲に設定することで確実に防ぐことができた。
【００１９】
なお、上述する助燃体は、筒体１２ｃに設けた透孔１２ｃ−１の大きさ、開孔率を選ぶことで、点火時に失火をおこすことなく、素反応及び空気との混合を確実に踏ませるようにしたが、筒体１２ｃ内に、更に筒体等の金属体を設ける等して燃焼気の温度を、筒体１２ｃ内に設けた筒体等に負担させることで、筒体１２ｃに設けた透孔１２ｃ−１の大きさを大きくして、筒体１２ｃの内外の火移りをスムーズにし失火を防止することもできる。
１７は、ポット２の下部周囲の温度を検出して、燃焼を制御するサーミスタを示す。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によるときは、ポットの内周面と助燃体との間に隙間を生ぜず、ポットの底部側と主燃焼部は助燃体によって分けられ、ポット底部で蒸発燃焼した燃焼気の殆どが、筒体に設けた透孔を通って主燃焼部に流れ、筒体に設けた透孔を通るとき、気体に比べ熱の吸収・輻射率の高い筒体に熱を奪われて、燃焼気の温度が下がり燃焼気の活性化を押えて空気と予混合及び素反応を確実に踏ませることができて、燃焼過程で生成される不安定な状態にある比較的酸化・熱分解の進んでいない中間生成物が直主接燃焼部に流れ込むことがなく、均一な予混合状態の燃焼気のみを主燃焼部に供給して燃焼させることができて、安定した青火燃焼を行わせることができる。
【００２１】
本発明は、更に、ポットの下部を上部に比し小径として、該ポットの上部と下部との間に環状の段部を構成し、該段部に、前記助燃体をその下端のリングで密着載置させたことで、ポットと助燃体との間に隙間を生ぜず、より確実に中間生成物を筒体に設けた透孔を通して燃焼部に供給することができて、中間生成物が直接燃焼部に流れ込むことがなくなり、より安定した青火燃焼を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ポット式液体燃料燃焼装置一部を切除した截断側面図
【図２】 ポットの拡大截断側面図
【図３】 助燃体を取除いた状態の平面図
【図４】 従来例を示す截断側面図
【符号の説明】
１ ポット式燃焼装置 ２ ポット ３ 空気室
４ 燃焼室 ６ 通風路 ７ 送風機
１２ 助燃体 １４ 主燃焼部

Claims (1)

1. 上面に開口を備え、周壁に一次空気孔と二次空気孔を備えるポット内に、助燃体を設けると共に、ポットの底部上面に、液体燃料を供給して気化燃焼させる式のポット式液体燃料燃焼装置において、前記助燃体を、多数の透孔を備える金属製の筒体と該筒体の下側に当接させた金属製のリングと該筒体の上側に当接させた金属製の帽状赤熱板とで構成し、且つ該ポットの下部を上部に比し小径として、該ポットの上部と下部との間に環状の段部を構成し、該段部に、前記助燃体をその下端のリングで、段部に密着載置させたことを特徴とするポット式液体燃料燃焼装置。

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