JP4156766B2 - 石油燃焼器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体燃料を気化させ、気化した燃料と燃焼用一次空気との混合ガスをバーナへ導いて燃焼させ、気化部の外壁に設けたフィンによりバーナの燃焼熱の一部を回収して気化部への加熱を補助する石油燃焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、給湯器や温水式暖房器には、灯油を気化して燃料に用いる石油燃焼器が知られている。その一例として特許２７１８３０１に知られている石油燃焼器を図９〜図１１を用いて説明する。
この石油燃焼器は、灯油を気化させ空気と混合させる気化室４と、混合ガスを気化室４から下方後部（図中、左側）へ導く混合通路９と、混合通路９の上部に設けられ混合ガスを燃焼させるバーナ２とを備える。
【０００３】
バーナ２は、図１０に示されるように、混合ガスを噴出する炎口１１と、燃焼用二次空気を供給する二次空気通路１２とが交互に並設される。
気化室４は、図９に示されるように、その正面壁７の上部に流入口１３が開口される。流入口１３には、気化室４の背面で下方ほど前方へ傾斜した傾斜気化壁６へ灯油を噴出するノズル１４が設けられる。また、傾斜気化壁６は、ヒータ１０を内蔵すると共に、バーナ２の燃焼熱の一部を回収するフィン１５を二次空気通路１２の上方に備える。また、流入口１３の上流には、気化室４へ空気を送り込むファン（図示せず）が設けられ送風路３が接続されている。
【０００４】
このように構成された石油燃焼器では、ノズル１４から噴出された灯油がヒータ１０により加熱された傾斜気化壁６に衝突して流下しながら気化し、流入口１３から導入された空気と混合した後、混合ガスを混合通路９を通過してバーナ２で燃焼される。
燃焼中、燃焼ガスの熱の一部をフィン１５により回収し、傾斜気化壁６を加熱して気化能力の向上を図っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フィン１５が二次空気通路１２の上方に間隔をあけて配置されるため、各バーナ２の下方から供給される二次空気は、図１１に示すように、フィン１５の下端水平面に到達した後、フィン１５の左右に分流して火炎上部をつぶしながら上昇していた。このように二次空気が火炎周囲をスムーズに上昇することができないため、火炎は、その上部の形状が乱れると共に、酸素不足となり、図９に示すように、フィン１５の後方へ延びて火炎全体の形状も乱れてしまい、異常燃焼を起こし易い燃焼状態であった。
また、灯油には炭化水素が多く含まれるので、酸化時に中間生成物（未燃炭化水素）が作られ強い悪臭を発生したり、ススが発生することもあった。
【０００６】
しかも、フィン１５の下部が、バーナ２の燃焼熱を回収する際に、冷たい二次空気により冷却されてしまうため、火炎も冷却されて燃焼性能が悪化し、フィン１５が良好に加熱されず、気化不良を起こし易いという問題を抱えていた。
そこで、本発明の石油燃焼器は上記課題を解決し、燃焼性能を向上すると共に、液体燃料の気化効率を向上させることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項１記載の石油燃焼器は、
液体燃料を気化させ、気化した燃料と燃焼用一次空気との混合ガスをバーナへ導く気化部と、
上記混合ガスを噴出して燃焼する複数のバーナを所定間隔をあけて配列すると共に、該各バーナの間から燃焼用二次空気が供給されるようにした燃焼部と
を備え、
上記気化部の外壁にフィンを設けて上記バーナの燃焼熱の一部を回収することにより上記気化部への加熱を補助する石油燃焼器において、
上記フィンを、上記バーナ間から供給される上記二次空気の通路上に沿って設けると共に、該フィンの二次空気上流側をその先端ほど断面が細くなるように形成したことを要旨とする。
【０００８】
また、請求項２記載の石油燃焼器は、請求項１記載の石油燃焼器において、
上記フィンの断面を流線形に形成し、該フィンの二次空気上流側および下流側をその先端ほど断面が細くなるようにしたことを要旨とする。
【０００９】
また、請求項３記載の石油燃焼器は、請求項１または２記載の石油燃焼器において、
上記フィンを上記バーナ間の二次空気通路内にまで延ばしたことを要旨とする。
【００１０】
上記構成を有する本発明の請求項１の石油燃焼器によれば、液体燃料が気化部で気化し燃焼用一次空気と混合してバーナへ導かれて燃焼し、熱交換器などの加熱対象物を加熱する。このバーナの燃焼熱の一部は、フィンにより回収され、気化部に伝達されて液体燃料を加熱し気化させる。
フィンをバーナ間から供給される燃焼用二次空気の通路上に沿って設けると共に、フィンの二次空気上流側をその先端ほど断面が細くなるように形成するため、二次空気は、フィンの側面に沿ってスムーズに流れる。この際、二次空気は火炎に接触して良好に酸素を供給し、また、火炎の形状を乱さないで済むため、燃焼性能が良好になる。
この結果、火炎がフィン近傍に形成され、フィンは良好に受熱して気化部に伝熱し、液体燃料の気化効率を向上させる。
【００１１】
上記構成を有する本発明の請求項２の石油燃焼器によれば、フィンの二次空気上流側および下流側をその先端ほど断面が細くなるように形成するため、下流側のフィン間隔が広くなり、二次空気はフィン側面を良好に流れる。
この結果、二次空気の流れにより火炎が乱されないだけでなく、火炎の先端に酸素が十分に供給されて燃焼性能が良好になり、気化効率が向上する。
【００１２】
上記構成を有する本発明の請求項３の石油燃焼器によれば、フィンをバーナ間の二次空気通路内にまで延ばして設けたため、二次空気がフィン上流部に到達して若干乱流状態になっても、二次空気通路内で整流され、火炎近傍ではスムーズに流れる。このため、火炎が乱されることなく、燃焼性能が向上し、気化を促進する。
また、二次空気通路を通る二次空気は、フィン上流部に接触して予熱されるため、火炎を冷却しなくて済み、燃焼性能が良くなり、フィン下流部が高温となって気化壁へ良好に熱伝達されて気化効率が向上する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするために、以下本発明の石油燃焼器を備えた給湯器の好適な実施形態について図１〜図３を用いて説明する。
石油気化燃焼式給湯器２０（以下単に給湯器２０と呼ぶ）は、灯油を気化させる気化部３０と、気化した灯油と空気との混合ガスを燃焼する燃焼部２５と、燃焼部２５の燃焼熱により通水を加熱する図示しない熱交換器と、モータ４１により駆動され気化部３０および燃焼部２５へ空気を強制的に送り込むファン４０とを備える。
【００１４】
気化部３０は、灯油を加熱して気化させる気化室３１と、気化室３１の真下に連通して設けられる分配室３８とからなる。
気化室３１は、左右側壁３４，天井壁４５，後面（図１中、右側）となる衝突壁４６が一体となったアルミダイキャスト製で、その正面開口を正面壁３２により蓋をすると共に、衝突壁４６の後部に平板状のセラミックスヒータ５６を挟んで背壁４８を設けて構成される。この正面壁３２上部には、流入口３３が開口される。
衝突壁４６は、正面壁３２と対向し、下方ほど前方に位置するように緩やかな円筒内面状に湾曲すると共に、平坦な天井壁４５と滑らかに接続するように形成される。つまり、衝突壁４６と天井壁４５との間のコーナー６２は丸く形成されている。同様に、衝突壁４６と左右側壁３４との間のコーナー６１も、また天井壁４５と左右側壁３４との間のコーナー６０も丸く形成される。湾曲した衝突壁４６の下端は水平にカットされ、先端がとがって形成される。
【００１５】
また、気化室３１内の上中央部には、側断面が上に開口した半円形状で幅が気化室３１の幅の半分程度となる還流板３５が設けられ、還流板３５の前部上端は、流入口３３の下端より若干低い位置で正面壁３２に当接し、一方、背部上端は、衝突壁４６の上中央部に当接して設けられる。従って、気化室３１の上中央部の側断面は、図５に示されるように、衝突壁４６と還流板３５とにより円弧形状になる。この還流板３５には、衝突壁４６との当接部中央に、灯油通過孔となる開口３５ａが形成される。
一方、左右側壁３４と還流板３５との間には、図２に示されるように、混合ガス通気口３６が形成される。
【００１６】
気化室３１の流入口３３に、液状の灯油を噴出する一つのノズル５２を衝突壁４６の上部に対向するように設ける。このノズル５２先端には、衝突壁４６に向けて灯油を噴出するための噴出口５３が左右に一つずつ開口される。尚、ノズル５２は、図示しない燃料供給源と連通する供給管５４と接続される。
【００１７】
気化室３１の背壁４８には、外側奥行方向に延びる複数の熱回収用のフィン５８が幅方向に並設される。このフィン５８は、気化室３１の天井壁４５から気化室３１の底部近傍まで上下方向に延設される。フィン５８の正面から見た断面は、図６に示されるように、下端が上端よりも細い逆三角形状である。
気化室３１の前方には、流入口３３とファン４０とに連通する送風通路４２が設けられる。
【００１８】
燃焼部２５は、気化部３０の後方に設けられ、複数のバーナを組込んだバーナ組立２２と、バーナ組立２２の上部で燃焼空間を形成する燃焼室３９とから形成される。バーナ組立２２は、直方体の箱形状をした枠体３７内の中央部に、複数のメインバーナ２４を並設して設けられる。尚、図２は左のメインバーナ２４の図示を一部省略し、図３は中央のメインバーナ２４の図示を一部省略している。
【００１９】
各メインバーナ２４は、スリット状の炎口２７が並列して開口され幅の狭い偏平状に形成されたブンゼンバーナで、枠体３７内に左右方向に並べて配置される。
尚、右側のメインバーナ２４近傍には点火電極５０が設けられ、左側のメインバーナ２４近傍にはフレームロッド５１が設けられる。
上述した気化部３０で気化した灯油をこのメインバーナ２４に供給するため、気化室３１の下方には分配室３８が設けられる。この分配室３８は、気化室３１の底部から前方に延び左右に分岐するＴ字形状をしており、各メインバーナ２４の燃料吸入口（図示略）と連通する。
各メインバーナ２４の下方には、燃焼用二次空気を分配するバーナ底板２８が設けられ、二次空気流入口２９が開口される。
【００２０】
気化室３１の背壁４８に設けられた各フィン５８は、各メインバーナ２４の間に配置され、メインバーナ２４の炎口２７面より下方まで延びる。メインバーナ２４が配置される枠体３７の内側には、メインバーナ２４の外周にファン４０からの空気を直接燃焼室３９へ供給して燃焼室３９の壁面を冷却する冷却用穴４４が設けられる。但し、フィン５８直下には、冷却用穴４４が設けられていない。
【００２１】
上述のように構成された給湯器２０では、ファン４０により送風通路４２を通って供給される燃焼用一次空気は、流入口３３から気化室３１内に導入され、衝突壁４６へ向かって流れる。
一方、供給管５４から供給される灯油は、ノズル５２から衝突壁４６へ向けて噴出され、衝突壁４６に当たった後、一緒に導入された一次空気により下方に押し流されるだけでなく、左右側壁３４や天井壁４５へも円滑に流れて、左右方向や上下方向へ広範囲に薄く拡散する。
中央に噴出された灯油は、図５に破線で示されるように、衝突壁４６下部へ流下する際に還流板３５の開口３５ａを通り抜ける。一方、還流板３５の左右両側付近に噴出された灯油は、図４に破線で示されるように、単に衝突壁４６に沿って流下しながら拡散する。以下、衝突壁４６，左右側壁３４，天井壁４５を気化面４７と呼ぶ。
ヒータ５６によって加熱された気化面４７上で拡散する灯油は、液膜が非常に薄くなり良好に気化して一次空気と混合する。
【００２２】
この混合ガスの一部（気化室３１中央）は、図５に実線で示されるように、湾曲した還流板３５に沿って前方のノズル５２の方へ戻るように還流し、還流板３５，衝突壁４６，天井壁４５により円筒状に囲まれる気化室３１上部で循環して気化室３１を高温に維持して気化を促進する。
残りの混合ガス（気化室３１左右側）は、図４に実線で示されるように、還流板３５の左右外側の混合ガス通過口３６を通り、気化面４７に沿って下方の分配室３８へ入り左右に分流し、分配室３８の後方のメインバーナ２４へ導かれる。この混合ガスは、点火電極５０により点火され、右側のメインバーナ２４から左側のメインバーナ２４へ火移りし、フレームロッド５１による火炎検知のもとに燃焼を継続する。この際、二次空気流入口２９から二次空気が供給され、良好に燃焼する。
【００２３】
メインバーナ２４の燃焼熱により図示しない熱交換器を介して通水が加熱されると同時に、気化室３１のフィン５８および気化面４７が加熱され、灯油は良好に気化し、ヒータ５６をオフしてもフィン５８により気化面４７全体を均一に加熱できる。
尚、ファン４０から冷却用穴４４を通って燃焼室３９へ供給される空気によって燃焼室３９のケースの温度上昇が防止される。
【００２４】
以上説明した給湯器２０によれば、以下の作用効果が得られる。
１．各メインバーナ２４間の二次空気流入口２９を上方へ通り抜ける二次空気は、炎口２７面へ供給される。その際に、気化室３１近傍においては、二次空気がフィン５８の下端に到達しても、その先端が逆三角形状であるため乱流状態になることがなく、フィン５８側面に沿って良好に流れ、火炎の形状が乱れない。この結果、異常燃焼を防止でき、しかも、火炎のばたつきによる騒音も小さくなる。
２．二次空気は、炎口２７より下方のフィン５８下端で若干乱流状態になっても、フィン５８がメインバーナ２４間の二次空気通路内にまで延びているため、メインバーナ２４間を通過中に整流され、火炎近傍ではフィン５８下部の側面に沿ってスムーズに流れ、火炎を乱すことがなく、異常燃焼を防止できる
３．火炎は、スムーズに流れる二次空気と接触して良好に酸素が供給されるため、フィン５８後方まで延びることなく形状が乱れずに済み、異常燃焼を防止できる。
【００２５】
４．フィン５８が二次空気通路内にまで延ばして設けられるため、二次空気は、メインバーナ２４の間を通過する際にフィン５８の下部により予熱され、火炎を冷却することがなく、燃焼性能を向上させる。この結果、フィン５８は、良好に加熱されて灯油の気化を促進できる。
【００２６】
５．フィン５８は、逆三角形状をしているため、熱エネルギーの最も高い外炎部と接近し、良好に受熱して衝突壁４６に伝熱し、液体燃料の気化効率を向上させる。しかも、この火炎は、高温のフィン５８上部近傍に形成されるため、燃焼性能が良い。
【００２７】
６．フィン５８は、その下部が下方ほど薄いので、フィン５８下部から衝突壁４６への伝熱量が小さく、二次空気によってフィン５８下部が冷却されても衝突壁４６を殆ど冷却しなくて済み、気化効率を向上させることができる。
７．フィンが薄い平板である場合には、二次空気がフィンに邪魔されず良好に流れるものの、フィンは火炎から遠ざかってしまうため燃焼熱を良好に回収できないが、本実施形態のフィン５８は、その上部が下部より太く形成されるため、火炎に接近して受熱効率を向上させる。
【００２８】
７．気化室３１の気化面４７全体が湾曲しているため、未気化の灯油が、天井壁４５と衝突壁４６との間や、左右側壁３４と衝突壁４６との間に滞留することがなく、液膜が広がり薄くなって良好に気化する。
８．衝突壁４６の灯油が衝突する部位が湾曲しているため、衝突壁４６に衝突した灯油の跳ね返りが抑えられ、灯油は左右方向だけでなく上下方向にも良好に拡散し、衝突壁４６上での液膜が非常に薄くなって、よく伝熱され良好に気化すると共に、気化面積をより有効に利用できるため、気化効率がより向上する。
【００２９】
９．灯油と一次空気とを気化室３１内に一緒に流すため、衝突した灯油は、一次空気により湾曲した気化面４７に沿って押し流され、気化面４７全体に拡散する。
この結果、気化面４７上で灯油が溜まりにくく、灯油が薄膜化して気化性能が向上する。しかも、一次空気が灯油の表面に接しながら流れて物質移動伝熱により灯油を良好に気化すると共に、気化面積を有効に利用できるため、気化効率が高くなる。
１０．還流板３５により高温の混合ガスが気化室３１内で循環するため、気化室３１内を高温に維持して気化を促進する。
【００３０】
１１．灯油の噴出量が非常に多くて衝突壁４６で跳ね返ったとしても、その灯油は、分配室３８に未気化のまま落下するのではなく、還流板３５上に落下し、循環する高温の混合ガスにより還流板３５上でも拡散して良好に気化するため、気化性能が向上できる。また、還流板３５も高温であるため気化を促進する。
１２．逆に、灯油の噴出量が少なくて衝突壁４６に到達する前に還流板３５上に落下しても良好に気化し、８と同様の効果が得られる。
【００３１】
１３．還流板３５に開口３５ａが形成されているため、中央に噴出された灯油は、還流板３５上に溜まりにくく、開口３５ａを通り抜けて衝突壁４６下部へ流下するため、衝突壁４６全体を気化面として有効に利用でき、気化室３１のコンパクト化を図ることができる。
【００３２】
１４．衝突壁４６の下端がとがっているため、万が一、灯油が気化しきれずに衝突壁４６の下端まで流下してくる場合においても、とがった下端では灯油の表面張力が小さくなるため、灯油の液膜が薄くなり、高温の混合ガスに接触して気化して気化効率が一層向上する。
１５．平板状のヒータ５６が衝突壁４６全体に接して加熱するため、燃焼運転開始時の立ち上がりを早くできる。
【００３３】
１６．還流板３５の左右外側に混合ガス通過口３６が形成されるため、混合ガスが気化室３１を通過する量を適正に保つことができ、還流板３５に灯油通過孔となる開口３５ａを大きく形成する必要がなく、中央を流れる混合ガスは開口３５ａを通過せず、良好に気化室３１上部で還流する。また、開口３５ａが適正な大きさで形成されるため、衝突壁４６で跳ね返った灯油も、衝突壁４６に到達する前に還流板３５上に落下した灯油も、開口３５ａを通り抜けることはなく、気化室３１底部へ落下せずに還流板３５によって受け止められ、還流板３５上で気化することができる。
【００３４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【００３５】
例えば、断面形状が逆三角形のフィン５８の代わりに、図７に示すように、上底が下底より長い台形（逆向きの台形）状のフィン５８ａを備えてもよい。
この場合においても、従来例のような断面形状が長方形のフィン１５よりも、二次空気がフィン５８ａとメインバーナ２４との間を良好に流れることができ、外炎形状が乱されずに済み、燃焼性能が良好となる。
【００３６】
また、図８に示すように、正面から見た断面の上下両端を細くして流線形状にしたフィン５８ｂを備えてもよく、その場合には、中央から上方へ二次空気が通り抜ける時に通過抵抗が減少し、一般的に二次空気の流れにくい火炎の上端へ二次空気が円滑に供給され、火炎が割れにくくなり、外炎形状が乱されない。しかも、火炎に酸素が十分に供給されて燃焼性能が一層良好になる。
【００３７】
また、フィン５８は、その下端をメインバーナ２４間にまで延設せずに、メインバーナ２４の炎口２７面より上方にのみ配設してもよい。
また、フィン５８を気化室３１の天井壁４５まで延ばして配置する必要はなく、フィン５８上端は火炎の上端と同じ高さにあれば十分である。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の請求項１記載の石油燃焼器によれば、フィンの二次空気上流側をその先端ほど断面が細くなるように形成するため、二次空気はフィンと火炎との間をスムーズに流れて燃焼性能を向上させることができる。
この結果、火炎がフィン近傍に形成されるため、フィンは良好に受熱して気化部に伝熱し、液体燃料の気化効率を向上させることができる。
【００３９】
更に、本発明の請求項２の石油燃焼器によれば、フィンの二次空気上流側および下流側をその先端ほど断面が細くなるように形成するため、二次空気はフィン下流部も通過し易くなって火炎が乱されないだけでなく、火炎の先端に酸素が十分に供給されて燃焼性能が良好になり、フィンが良好に気化部に伝熱して液体燃料の気化効率を向上させることができる。
【００４０】
更に、本発明の請求項３の石油燃焼器によれば、フィンをバーナ間の二次空気通路内にまで延ばして設けたため、二次空気が二次空気通路内で整流され、火炎を乱すことなく、燃焼性能を向上できる。
また、二次空気は、フィン上流部に接触して予熱されるため、火炎を冷却しなくて済み、燃焼性能を良くし、フィン下流部が高温となって気化壁へ良好に熱伝達されて気化効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態としての石油燃焼器を側面からみた断面図である。
【図２】一実施形態としての石油燃焼器を上面からみた断面図である。
【図３】一実施形態としての石油燃焼器を正面からみた断面図である。
【図４】一実施形態としての気化室を側面からみた断面図である。
【図５】一実施形態としての気化室を側面からみた断面図である。
【図６】一実施形態としてのフィンを正面からみた断面図である。
【図７】一実施形態としてのフィンを正面からみた断面図である。
【図８】一実施形態としてのフィンを正面からみた断面図である。
【図９】従来例の石油燃焼器の側面からみた断面図である。
【図１０】従来例の石油燃焼器の上面からみた断面図である。
【図１１】従来例の石油燃焼器の正面からみた断面図である。
【符号の説明】
２２…バーナ組立、２４…メインバーナ、２５…燃焼部、２７…炎口、３０…気化部、３１…気化室、３２…正面壁、３３…流入口、３４…左右側壁、３５…還流板、３５ａ…開口、３８…分配室、３９…燃焼室、４０…ファン、４５…天井壁、４６…衝突壁、４７…気化面、４８…背壁、５２…ノズル、５３…噴出口、５６…ヒータ、５８…フィン。

Claims (3)

1. 液体燃料を気化させ、気化した燃料と燃焼用一次空気との混合ガスをバーナへ導く気化部と、
   上記混合ガスを噴出して燃焼する複数のバーナを所定間隔をあけて配列すると共に、該各バーナの間から燃焼用二次空気が供給されるようにした燃焼部と
   を備え、
   上記気化部の外壁にフィンを設けて上記バーナの燃焼熱の一部を回収することにより上記気化部への加熱を補助する石油燃焼器において、
   上記フィンを、上記バーナ間から供給される上記二次空気の通路上に沿って設けると共に、該フィンの二次空気上流側をその先端ほど断面が細くなるように形成したことを特徴とする石油燃焼器。
2. 上記フィンの断面を流線形に形成し、該フィンの二次空気上流側および下流側をその先端ほど断面が細くなるようにしたことを特徴とする請求項１記載の石油燃焼器。
3. 上記フィンを上記バーナ間の二次空気通路内にまで延ばしたことを特徴とする請求項１または２記載の石油燃焼器。

Images