JP4207356B2 - 燃料噴霧式燃焼バーナ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
燃料噴霧式燃焼バーナに関し、燃焼に伴い発生する燃焼音を低下させた燃料噴霧式燃焼バーナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人による特開平７−１０３４１６号公報における燃焼バーナ１０１は、図７に示すように、円筒の一方を底板１０２により閉塞して、燃焼室１０３を有する燃焼円筒１０４を形成し、燃焼円筒１０４の底板１０２に空気導入口１０５を設けて送風装置１０６を連絡し、さらに空気導入口１０５に燃料を噴霧する噴射ノズル１０７と点火装置１１５を配設してある。また中央に開口部１０８を有するリング状の加熱平板１０９を、噴射ノズル１０７前方の燃焼円筒１０４の開放端１１４に内接して固定すると共に、燃焼円筒１０４の開放端１１４に、加熱平板１０９の開口部１０８の直径より大きく燃焼円筒１０４の直径より小さい径からなり支持体１１１によって燃焼円筒１０４に固定した抵抗板１１０を設けてある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この従来技術は、構造の簡略化によって燃焼バーナ製造に係るコストの低廉化を目的として開発されたものであり、当初の目的は達成された構造を有している。
【０００４】
しかしながら、バーナの燃焼量を変えた場合に、実稼働時に問題になる程のことではないにしろ、燃焼範囲の全領域に亘って一律に安定した燃焼を確保することが難しく、多少でも燃焼が安定しない場合も騒音が大きくなることが新たな課題となった。特に多流量域において燃焼が安定しない場合には、燃焼によって形成される炎は長くなり、これによって燃焼をバーナ（燃焼円筒）内に納めるために、バーナの延長が長くなる傾向にあった。
【０００５】
よって、燃焼音を更に低減した燃焼バーナを要望する声が存在し、本発明においては、上記従来の技術におけるコスト重視の構造を維持しながら、更に燃焼量を変化させても燃焼が安定する構造として燃焼音を低減し、バーナの延長をコンパクトにした燃料噴霧式燃焼バーナの提供を技術的課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
円筒の一方を底板により閉塞して燃焼室に形成した燃焼円筒と、燃焼円筒の前記底板に開設した空気導入口と、空気導入口に連絡した送風装置と、前記空気導入口に望ませて燃焼円筒内のその中心線に沿って燃料を噴霧する噴射ノズルと、空気導入口の噴霧ノズルに望ませて噴射ノズルが噴射する燃料に点火する点火装置と、噴射ノズルの前方で且つ燃焼円筒内を仕切る形で複数配置され中央に開口部を有するリング状にした加熱板と、燃焼円筒開放端で燃焼円筒内に加熱板と対向的に配置され前記加熱板の開口部直径より大きく燃焼円筒直径より小さい径からなる抵抗板と、を備える燃料噴霧式燃焼バーナにより前記課題を解決するための手段とした。
【０００７】
噴射ノズルの前方で且つ燃焼円筒内を仕切る形で配置され中央に開口部を有するリング状にした加熱板を複数備えるので、燃料の小中流量域における燃焼では噴射ノズルに近い側の加熱板によって噴射ノズルから噴射される燃料のガス化が行われて燃焼が安定し、燃料の多流量域における燃焼では噴射ノズルから遠い側の加熱板によって噴射ノズルから噴射される燃料のガス化が行われて燃焼が安定する。燃料の中流量域における燃焼を更に安定させるためには、更に小流量域用加熱板と多流量域用加熱板の間に中流量域用加熱板を設けるとよい。
【０００８】
上記の構成における加熱板を、噴射ノズルの前方で且つ燃焼円筒内を仕切る形で複数配置され中央に開口部を有するリング状にするとともに燃焼円筒と接する部分に隙間を備えるように形成すると、加熱板の開口部を通過した燃焼熱や、抵抗板付近や加熱板付近で燃焼する高温燃焼ガスは、抵抗板の抵抗により加熱板の燃焼円筒と接する部分の隙間を通過して燃焼室内へ再循環する再循環流を発生する。これによって高温の燃焼熱が隙間を通して燃焼室の空気導入口付近に循環して、微細な噴射燃料のガス化が容易となる。
【０００９】
加熱板を２枚の加熱板から構成し、２枚の加熱板を所定間隔をおいて並列した。つまり、最低限の加熱板によってバーナを構成するために、二つの加熱板を小中流量域用加熱板と大流量域用加熱板として配置し、すべての流量域に作用するよう配置するものである。小中流量域における燃焼には一つの加熱板で噴霧燃料の加熱に対応させて、多流量域における燃焼には別の加熱板を設けることで、全流量域に亘って安定した燃焼が確保できることを燃焼試験によって得た。全流量域に亘って安定した燃焼が確保されたので、不安定な燃焼による騒音の発生が低減された。
【００１０】
これに加えて、二つの加熱板それぞれには、その中央の開口部に燃焼円筒と同心的に抵抗板方向に延びるフランジを備えているので加熱板の補強となるだけでなく、小中流量域の燃焼においては、噴射ノズルから噴射される噴射燃料やその燃焼炎は、小中流量域用加熱板によって加熱され燃焼するとともに、小中流量域用加熱板の開口部フランジによって収縮されたのち放出され拡散されるので、小中流量域用加熱板と多流量域用加熱板とに囲まれた空間における旋回流が発生し攪拌が促進されることで燃焼が向上するとともに、多流量域用加熱板の加熱も促進される。さらに多流量域用加熱板のフランジによってもこの開口部を通過す噴射燃料やその燃焼炎は、多流量域用加熱板を通過したときに拡散するので、それらの攪拌が十分に行われ燃焼が促進される。
【００１１】
多流量域の燃焼においては、上記小中流量域の燃焼作用に加えて、噴射燃料は多流量域用加熱板によって加熱されて燃焼し、その燃焼炎は多流量域用加熱板の開口部フランジによって収縮されたのち放出され抵抗板によって拡散されるとともに、抵抗板の支持体の傾斜によって旋回流となり、多流量域の燃焼であっても炎長の短い燃焼炎となる。
【００１２】
抵抗板は該抵抗板から周囲に放射状に延びる支持体によって前記燃焼円筒に固定し、前記支持体は、燃焼火炎が旋回流を発生するように傾斜しているので、燃焼炎は旋回流となり、抵抗板の燃焼炎噴射先で形成される燃焼炎は、支持体を傾斜しないものに比べ短いものとなる。したがって燃焼円筒の全長を短く形成できて、燃焼バーナをコンパクトにできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る第１の実施例を図１乃至図２により説明する。図１は本発明による燃料噴霧式燃焼バーナ１の側断面図であり、図２は抵抗板の平面図である。
【００１４】
円筒２の一方を底板３により閉塞して燃焼室４に形成すると共に前記底板３には空気導入口５を開設して燃焼円筒６としてある。前記空気導入口５に、燃焼円筒６内のその中心線に沿って燃料を噴霧する噴射ノズル７を備えた燃料噴射装置８を望ませてあり、更に空気導入口５の噴霧ノズル７に望ませて噴射ノズルが噴射する燃料に点火する点火電極９を備えた点火装置１０を設けてある。
【００１５】
燃料噴射装置８は任意の機枠１１内に収納され、燃料噴射装置８を機枠１１内に固定する支持板１２によって固定されている。機枠１１は、支持板１２に設けられた開口部１３と、機枠１１の前記空気導入口５と異なる側に設けられた開口部１４とを備え、開口部１４には、開口部１３，１４を介して前記空気導入口５に連絡したモータ１５によって駆動される送風装置１６が設けられている。
【００１６】
燃料噴射装置８は、前記噴射ノズル７と噴射ノズル７に燃料を供給する電磁ポンプ１７と図示しない燃料タンクに連絡し電磁ポンプ１７に燃料路を接続した燃料パイプ１８とを備え、電磁ポンプ１７と点火装置１０及び送風装置１６は制御装置１９に電気的に接続され制御装置１９によって制御される。なお噴射ノズル７に燃料噴射量を調節する開閉弁（図示せず）を別に設け、電磁ポンプ１７の作動を一定として噴射ノズル７の開閉弁の開度を調節して燃料噴射量を制御することもある。
【００１７】
噴射ノズル７の燃料噴射方向前方で且つ燃焼円筒６内を仕切る形で複数配置され、中央に開口部２０を有するリング状にした加熱板２１、２２が二つ併設され、加熱板２１，２２は燃焼円筒６内に固着することで固定されている。燃焼円筒６の開放端２３で燃焼円筒６内に加熱板２２と対向的に配置され前記加熱板２２の開口部２０直径より大きく燃焼円筒６の直径より小さい径からなる抵抗板２４を設けてある。
【００１８】
抵抗板２４を図２に示し、加熱板２２の開口部２０の直径より大きく燃焼円筒６の直径より小さい径からなる抵抗板２４の円周に放射状に支持部２７を形成してあり、支持部２７を燃焼円筒６内に固着することで抵抗板２４は固定されている。
【００１９】
燃焼円筒６の外周には、燃焼円筒６と同心円状に所定の隙間２５をおいて、燃焼円筒６と開放端２３を包囲する外筒２６が設けられ、その開放端２３側には加熱風を放出する放出口２８が開設してある。
【００２０】
本発明に係る燃焼試験は、燃焼円筒６の直径Ｄ１と加熱板２１，２２の開口部２０の直径Ｄ３との比率を、０．４≦Ｄ３／Ｄ１≦０．６の範囲とし、燃焼円筒６の直径Ｄ１と抵抗板２４の直径Ｄ２とを、０．５≦Ｄ２／Ｄ１＜１とするとともにＤ３＜Ｄ２として実施した。加熱板２１の位置は、燃焼円筒６の開放端２３から内側の加熱板２１までの距離Ｌ１と燃焼円筒６の直径Ｄ１との比率で、０．２≦Ｌ１／Ｄ１≦０．４とした。噴射ノズル７から加熱板２０までの距離は、加熱板２０を噴射ノズル７に近づけすぎると燃焼しなくなるので、燃焼可能な距離まで加熱板２０をはなして配置した。
【００２１】
以上の構成における作用を説明する。送風装置１６によって送風を開始し、噴射ノズル７から噴霧を開始する。これにより、発生した微細油滴に点火装置１０の点火電極９のアークによって点火し黄炎燃焼させる。この初期燃焼による燃焼熱や未燃焼物は、送風装置１６の送風によって噴射ノズル７の噴射方向前方に圧送される。このように圧送される燃焼熱と未燃焼物のうち、加熱板２１，２２の開口部２０を通過したものは抵抗板２４に当たり、抵抗板２４は燃焼熱によって加熱されるとともに、未燃焼物は燃焼熱と加熱された抵抗板２４によって加熱されガス化して燃焼する。
【００２２】
抵抗板２４による抵抗は、燃焼熱の一部を加熱板２１，２２に衝突させ、抵抗板２４から燃焼円筒６の内周へと循環する循環流Ａと、加熱板２１から燃焼円筒６の内周に沿って燃焼室４内を循環する循環流Ｂを生じる。それぞれの循環流Ａ，Ｂによって加熱板２１，２２は熱せられる。さらに加熱板２１，２２の開口部２０によって燃焼熱及び未燃焼物は一旦絞り込まれて開放されるので、それぞれの開口部２０の出口では、特に燃焼熱は拡散する状態となり、循環流が発生し易い状態が生まれ、加熱板２１と加熱板２２の間においても燃焼熱の一部による循環流が生じている。これにより加熱板２１，２２は両側から加熱されるので、開口部を通過する未燃焼油滴の加熱が行われる。
【００２３】
小流量域（最大流量の１〜３０％）においては、未燃焼油滴は加熱板２１による燃焼室４内の温度上昇あるいは循環流Ｂによってガス化するとともに高温ガスとなって燃焼する。また中流量域（最大流量の３１〜６０％）においては、未燃焼油滴は燃焼室４内の温度上昇あるいは循環流Ｂ及び加熱板２１によってガス化するとともに高温ガスとなって、加熱板２２と抵抗板２４との間において安定して燃焼する。多流量域（最大流量の６１〜１００％）においては、未燃焼油滴は循環流Ｂあるいは加熱板２１，２２によってガス化するとともに高温ガスとなって加熱板２２と抵抗板２４との間において安定して燃焼する。
【００２４】
循環流Ｂの発生は、噴射ノズル７付近の空気導入口５からの導入空気を希薄にして燃焼を困難にするが、これに伴ってノズル付近の保炎面は自然と噴射方向の前方へ移動することになる。この移動は加熱板２１を更に加熱することになり、加熱板２１付近のガスはさらに加熱され、高温のガス流となって開口部２０を通過し抵抗板２４の内側の外周負圧部で青火燃焼することになる。このことは、加熱板２１，２２の開口部２０を高温とし、多流量域における未燃焼油滴のガス化を促進することになる。
【００２５】
加熱板２１，２２の２枚を併設した場合について説明したが、中流量域の燃焼を更に安定させるためには加熱板３枚を併設するとよい。これを図３により説明する。前記燃焼円筒６の内部には、小流量域において未燃油滴や低温ガスを加熱する加熱板３０、加熱板３０と共に中流量域において未燃油滴や低温ガスを加熱する加熱板３１、多流量域において加熱板３０,３１と共に未燃油滴や低温ガスを加熱する加熱板３２を順に配置する。小流量域においては主として加熱板３０と加熱板３０による循環流Ｂを含めた加熱作用によってガス化して燃焼させ、また、中流量域においては、加熱板３０と加熱板３０による循環流Ｂを含めた加熱作用と加熱板３１の加熱作用によってガス化し、加熱板３１あるいは加熱板３２と抵抗板２４との間で燃焼させる。さらに、多流量域においては、加熱板３０と加熱板３０による循環流Ｂを含めた加熱作用と加熱板３１及び加熱板３２の加熱作用によってガス化し、加熱板３２と抵抗板２４との間で燃焼させる。
【００２６】
各加熱板３０，３１，３２とその開口部２０及び抵抗板２４全体は、前述の開口部２０を通過する高温ガス流と、加熱板間における循環流によって加熱されるので、開口部２０を通過する未燃焼油滴や低温ガス化燃料は３つの加熱板３０，３１，３２とそれぞれの開口部２０によって加熱されながら通過し、小流量域においては前述のとおりであるが、中流領域と多流量域においては、通過中に燃焼点に達して抵抗板２４と加熱板３２間において安定して燃焼する。
【００２７】
図４乃至図６において第２の実施例を説明する。ここでは第１の実施例と重複する部分については同符号で示し、異なる構成部分について説明する。まず、図５に示す加熱板４１，４３は、周囲に放射状に突辺４６を形成してあり、突辺４６と燃焼円筒６との固着により加熱板４１，４３は燃焼円筒６に固定されている。したがって加熱板４１，４３と燃焼円筒６との間には隙間４２，４４が形成されている。
【００２８】
また図６に示す抵抗板４５は、その周囲に放射状に支持体４７を形成（もしくは固着）してあり、支持体４７と燃焼円筒６との固着により抵抗板４５は燃焼円筒６に固定されている。更に抵抗板４５の支持体４７は燃焼火炎が旋回流を発生するよう同方向に傾斜して形成してある。傾斜角度は例えば抵抗板４５に対して３０度〜６０度の範囲としてある。
【００２９】
上記の構成のように加熱板４１、４３形成すると、加熱板４１，４３の開口部２０を通過した燃焼熱や、抵抗板４５付近や加熱板４３付近で燃焼する高温燃焼ガスは、抵抗板４５の抵抗により加熱板４１，４３と燃焼円筒６との間に設けられた隙間４２，４４を通過して、加熱板４１，４３間と燃焼室内４へ再循環する再循環流Ｃを発生する。これによって高温の燃焼熱が隙間４２，４４を通して燃焼室の空気導入口５付近に循環して、微細な噴射燃料のガス化が促進される。このガス化は第１の実施例に増して促進され、空気導入口５付近の空気をいよいよ希薄とし、保炎面はさらに噴射ノズル７の燃料噴射方向前方に移動して、加熱板４１，４３及び抵抗板４５をさらに高温にすることになり、燃焼円筒６内を高温にして未燃焼油滴のガス化及び未燃ガスの高温化を促進することで完全に燃焼させる。
【００３０】
前記抵抗板４５は該抵抗板４５から周囲に放射状に延びる支持体４７によって前記燃焼円筒６に固定し、前記支持体４７は、燃焼火炎が旋回流を発生するように傾斜しているので、燃焼炎は旋回流となり、抵抗板４５の燃焼炎噴射先で形成される燃焼炎は、支持体４７を傾斜しないものに比べ短いものとなる。したがって燃焼円筒の全長を短く形成できて、燃焼バーナをコンパクトにできる。
【００３１】
これに加えて、二つの加熱板４１，４３それぞれには、その中央の開口部２０に燃焼円筒６と同心的に抵抗板４５方向に延びるフランジ５０を備えているので加熱板４１，４３の補強となるだけでなく、噴射ノズル７から噴射される噴射燃料やその燃焼炎は、加熱板４１，４３によって加熱され燃焼するとともに、加熱板４１，４３の開口部フランジ５０によって収縮されたのち放出され拡散される作用が増大するので、加熱板４１と加熱板４３とに囲まれた空間における旋回流が発生し攪拌が促進されることで燃焼が向上するとともに、加熱板４３の加熱も促進される。さらに加熱板４３のフランジ５０によってもこの開口部２０を通過す噴射燃料やその燃焼炎は、加熱板４３を通過したときに拡散するので、それらの攪拌が十分に行われ燃焼が促進される。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、小中流量域から多流量域に亘って安定した燃焼となるので、不安定な燃焼による騒音は低減される。試験では多流量域で５．８ｄｂ（Ａ）、小流量域で２．６ｄｂ（Ａ）低減された。
【００３３】
またこれを実現するための構成部品も、従来の構成部品である加熱板を少なくとも１枚追加することでよく、同じ部品であることから、部品の追加によるコストへの反映は少ない。
【００３４】
抵抗板に燃焼炎が旋回するよう傾斜板を設けたので、燃焼炎が短くなり外筒の長さを短くできて、試験では開放端２４から前方への炎長を従来比較で７０％短くすることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による第１の実施例を示す燃料噴射式燃焼バーナの側断面図である。
【図２】 第１の実施例に使用される抵抗板の平面図である。
【図３】 第１の実施例に加熱板を追加した場合の燃料噴射式燃焼バーナの実施例図である。
【図４】 本発明による第２の実施例を示す燃料噴射式燃焼バーナの側断面図である。
【図５】 第２の実施例に使用される加熱板の平面図である。
【図６】 第２の実施例に使用される抵抗板の平面図である。
【図７】 従来の燃料噴射式燃焼バーナの側断面図である。
【符号の説明】
１ 燃料噴霧式燃焼バーナ
２ 円筒
３ 底板
４ 燃焼室
５ 空気導入口
６ 燃焼円筒
７ 噴射ノズル
８ 燃料噴射装置
９ 点火電極
１０ 点火装置
１１ 機枠
１２ 支持板
１３ 開口部
１４ 開口部
１５ モータ
１６ 送風装置
１７ 電磁ポンプ
１８ 燃料パイプ
１９ 制御装置
２０ 開口部
２１ 加熱板
２２ 加熱板
２３ 開放端
２４ 抵抗板
２５ 隙間
２６ 外筒
２７ 支持部
２８ 放出口
３０ 小流量域用加熱板
３１ 中流量域用加熱板
３２ 多流量域用加熱板
４１ 加熱板
４２ 隙間
４３ 加熱板
４４ 隙間
４５ 抵抗板
４６ 突辺
４７ 支持体
５０ フランジ
１０１ 燃焼バーナ
１０２ 底板
１０３ 燃焼室
１０４ 燃焼円筒
１０５ 空気導入口
１０６ 送風装置
１０７ 噴射ノズル
１０８ 開口部
１０９ 加熱平板
１１０ 抵抗板
１１１ 支持体
１１４ 開放端
１１５ 点火装置

Claims (2)

1. 円筒の一方を底板により閉塞して燃焼室に形成した燃焼円筒と、
   燃焼円筒の前記底板に開設した空気導入口と、
   空気導入口に連絡した送風装置と、
   前記空気導入口に望ませて燃焼円筒内のその中心線に沿って燃料を噴霧する噴射ノズルと、
   空気導入口の噴霧ノズルに望ませて噴射ノズルが噴射する燃料に点火する点火装置と、
   噴射ノズルの前方の燃焼円筒内を噴射方向側に向かって複数に仕切るように配設され、中央に開口部を設けてリング状にするとともに前記開口部の縁部に噴射方向側に延びるフランジを形成し、前記燃焼円筒と接する部分には隙間を備えてなる複数の加熱板と、
   燃焼円筒開放端で燃焼円筒内に加熱板と対向的に配置され前記加熱板の開口部直径より大きく燃焼円筒直径より小さい径からなる抵抗板と、
   を備えることを特徴とする燃料噴霧式燃焼バーナ。
2. 前記抵抗板は該抵抗板から周囲に放射状に延びる支持体によって前記燃焼円筒に固定し、前記支持体は、燃焼火炎が旋回流を発生するように傾斜させたことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴霧式燃焼バーナ。

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