JP4266025B2 - オイルバーナー - Google Patents

Description

この発明は、灯油等の燃料油を用いたオイルバーナーに関する。

燃料油を気化させた燃料油ガスを燃焼させるオイルバーナーのうち、火口の手前で燃料油ガスと空気との混合気を生成し、この混合気を火口から吐出させて燃焼させるいわゆるブンゼン方式のオイルバーナーは、高い火力を得ることができるため、種々のものが実用化されている。

このようなオイルバーナーの一例として特許文献１に記載したものがある。図４は、この装置の概略構造を示す図である。この装置では、コンプレッサーを用いて給油管に空気を導入し、この気流によって燃料油である灯油を霧化させて（霧状の）混合気を生成する。この混合気を火口の周縁部を周回してノズルに至る気化管で加熱して霧状の粒子を気化させ、これを気化室でさらに空気と混合したのち火口から吐出させて燃焼させる。

特開平５−３２２１１７号公報

しかしながら、上記特許文献１の石油バーナーは、以下のような欠点を有していた。
（１） 霧化した混合気をバーナーに供給する方式であるため、コンプレッサーが必要である。このため、装備が大がかりになり、余分な動力や電力が必要になるという問題点があった。

（２） 空気の導入に伴って空気中の水分（湿気）も一緒に給油管に導入されるため、霧化した灯油のカーボン成分が水分と混ざってペースト状になったものが、気化管やノズルに付着し、これらを詰まらせてしまうという問題点があった。

（３） 加熱中に燃料が途切れると、混合気の気化を補助するヒーターが空焚き状態になり、焼き切れてしまうという問題点があった。

（４） また、一旦消火したのち再点火する場合、給油管内に霧化した混合気が残留しており、高温状態ではこの残留混合気が発火して逆火が発生する危険性があるため、十分に（３０分程度）冷却したのちでないと再点火できないという問題点があった。また、上述したカーボン成分の付着で管が閉塞すると、混合気の残留が顕著になり、発火の危険性がより高くなる。

この発明は、上記問題点に鑑み、強制的な空気の供給が不要で、ノズルの詰まりやヒーターの焼き切れが発生せず、尚且つ、消火後の再点火も容易なオイルバーナーを提供することを目的とする。

この発明は、空気と燃料油ガスの混合気を吐出する複数のガス孔を有する火口と、前記火口が載置され、前記ガス孔に連通する混合室を有する基部と、前記混合室の開口部に接続された短管であるエア導入部と、前記エア導入部内に前記混合室に向けて設置されたノズルと、前記ノズル内に設けられたヒーターおよび温度センサと、前記火口の周囲を周回して前記給油部と前記ノズルを接続する給油管と、燃料油タンクから燃料油を吸い上げて前記給油管に供給する給油部と、前記火口近傍に設けられ、前記火口から流出した混合気を点火する点火部と、前記給油部、ヒーターおよび点火部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、燃焼開始時に、（１）ヒーターをオンするとともに、燃料油をノズルまで給送して、給油を停止する。（２）温度センサの検出値が、燃料油の略沸点温度であるｔ１まで上昇したとき、燃焼を継続できる最小限の油量の給油を開始し、点火する。（３）温度センサの検出値が、燃料油を十分に気化させることのできる温度であるｔ２まで上昇したとき、通常動作の油量の給油を開始する。の手順を実行することを特徴とする。

この発明は、前記給油管の前記火口よりも前記ノズル側に設けられた第２の温度センサを更に備え、前記制御部は、前記第２の温度センサの検出値が前記ｔ２よりも高いｔ３まで上昇したとき、給油量をさらに増加させることを特徴とする。

［作用］
この発明のオイルバーナーは、燃料油をそのまま、すなわち空気中に噴霧して霧化させて混合気としないで、液体のまま給油管に供給する。給油管は、途中火口の周囲を周回する気化管の機能を果たし、注送している燃料油を沸点近くまで加熱する。ここで、給油管内には液体の燃料油のみが搬送されているため、霧化した混合気にくらべてゆっくり搬送することができ、燃料油を十分に加熱することができる。また、液体の燃料油は霧化した燃料油に比べて熱容量が大きいため、予熱効率がよい。

また、給油管に空気を導入しないため、給油管中に空気中の湿気が取り込まれることがなく、燃料油のカーボン成分が湿気と混ざってペースト状になったものが管内に付着して、給油管やノズルを詰まらせることがない。

また、この構成により、点火前に燃料油をヒーターまで搬送して停止させ、ヒーターで十分加熱して気化させたのち点火することができる。これにより、ガス化していない、霧状粒子のままで燃料油を燃焼させることがなく、赤火の発生を抑えることができる。
また、ノズル内で気化させることにより、燃料油がノズル内で急激に気化膨張してノズルから混合室に向けて噴出する。この気化膨張による噴出によってエア導入部にベンチュリー効果を生じさせ、空気を吸引して混合室内に導く。混合室内では、気化した燃料油（燃料油ガス）と空気が均一に混合されて混合気となり、この混合気が火口のガス孔から流出して燃焼する。火口上面で混合気が燃焼することにより、火口上面では激しい上昇気流が発生する。この上昇気流によって火口上面の気圧が低下し、火口のガス孔を介して混合室内の混合気を吸引する。この吸引により、混合室内に負圧が生じ、外部から空気が取り込まれる。

上記ベンチュリー効果による空気の吸引、および、火口上面の上昇気流の効果による空気の吸引は、ともに、供給される燃料油ガスの量すなわち火力の強さに相関しており、上記効果による空気の吸引時の火力に応じた量の空気が自動調節されたのち混合室に導入されることになる。これにより、コンプレッサー等を用いて強制的に空気を供給しなくても混合室内に十分な空気を導入することができるとともに、コンプレッサー等を用いた空気の過給がされない。従って、上記導入による空気の導入量の限界が火力(温度上昇)の限界となり、その限度を超えた燃焼により過熱されてしまうことがない。

また、上記効果によって十分な空気が供給されていること、および、給油管には燃料油のみがゆっくり搬送されていることにより、燃料油は十分加熱されたのちに完全に気化したガスとして供給されるため、低温の不完全燃焼炎である赤火を抑制することができる。

また、一旦消火したのち再点火する場合でも、（空気の混ざらない）燃料油のみを給油管に供給する構成であるため、逆火が生じる危険性がない。また、実質的に燃料油のみが給油管内を搬送される構成が採用されているため、十分な予熱により極めて短時間に再点火することが可能となる。

（２）
［発明の構成］
この発明は、前記給油部の給油量を制御する給油制御部と、前記ノズルにおける燃料油の温度を測定する油温センサと、前記火口近傍に設けられ、前記火口から流出した混合気を点火する点火部と、を更に備え、前記給油制御部は、前記油温センサが検出した燃料油の温度に基づいて、給油部が供給する燃料油の量および前記点火部の点火動作を制御することを特徴とする。

［作用］
この発明では、油温が高くなり完全にガス化できる温度になったときに、燃焼のための給油をスタートするため、従来のコンプレッサーによる霧化ガスの供給のように、低温のまま燃焼させる必要がなく、点火時における赤火が殆ど発生しない。また、給油制御部が給油量を制御することで火力を自動調整することができ、手動で火力調整バルブ（ノズルツマミ）を調節する必要がなくなる。

（３）
[発明の構成]
この発明は、前記給油管を給送された燃料油の温度を前記ノズルの手前で測定する油温センサを更に備え、前記制御部は、前記油温センサが検出した燃料油の温度に基づいて、前記ヒーターのオン／オフを制御することを特徴とする。

［作用］
この発明では、給油管を搬送されてきた燃料油の温度を油温センサで常に監視し、この油温センサの検出値に基づいてヒーターをオン／オフ制御しているため、バーナー（火口）が十分加熱され給油管を搬送される燃料油が十分に加熱されるようになったとき、自動的にヒーターをオフすることができる。また、何らかの障害で燃料の供給が停止した場合でも、油温センサが給油管内の温度上昇を検知するため、これに基づいてヒーターをオフすることができ、空焚きによるヒーターの損傷を防ぐことができる。

この発明によれば、コンプレッサー等を用いて強制的に空気を供給しなくても燃料油の気化膨張を利用して十分な一次空気を得ることができる。また、燃料油の点火前の予熱を可能にしたことにより赤火が発生しにくく、尚且つ、消火後の再点火も容易なオイルバーナーを実現することができる。
さらにこの発明によれば、給油管中に空気を導入しないため、空気中の湿気に起因する給油管やノズルの詰まりを防止することができる。また、油温センサに基づいてヒーターのオン／オフを制御しているため、無駄なヒーターへの通電を無くすことができるとともに、空焚き等によるヒーターの損傷を防止することができる。

図面を参照してこの発明の実施形態であるバーナーについて説明する。図１は同バーナーの側面から見た概略構造図、図２は同バーナーの平面から見た概略構造図である。
このバーナーは、電磁ポンプ２０，電磁弁２１を含む電磁給油部１０、気化管１２を含む給油管１１、気化した灯油ガスを噴霧状に噴出させるノズル１３、灯油ガスと空気の均質な混合気を生成する混合室（基部）１５、混合気の燃焼部である火口盤１６を有している。

電磁給油部１０は、図示しない灯油タンクから灯油を吸引して給油管１１に供給する。灯油の供給量は、後述の制御部３０によって制御される。給油管１１は、より耐熱性が要求される気化管１２が真鍮製である点を除き、電磁給油部１０からノズル１３に至る銅製の管である。給油管は、バーナーのフロントパネル部に設置された電磁給油部１０から、外部振動を吸収するためのコイル状配管部を経由し、火口盤１６の上面周縁部を一周し、更に外部振動吸収のためのコイル状配管部をもう一度経由したのちノズルに接続されている。尚、給油管１１のうち、火口盤１６の上面周縁部を一周する部位が気化管１２である。給油管１１を給送される灯油は、この気化管１２を給送されるときにバーナーの燃焼熱によって気化される。なお、ここで、気化管１２の内部の一部または全部に、その内壁に沿うように螺旋状構造物（例えば、コイル）を配置することにより、燃料油（ここでは灯油）の逆流が防止される効果が得られる。また、上記螺旋構造物を配置する代わりに、気化管１２の内壁自体の凹凸構造により、螺旋状を形成している場合であっても上記と同様の効果がある。

ここで、電磁給油部１０は、電磁ポンプ２０および２系統の電磁弁２１（２１ａ，２１ｂ）を並列に有している。電磁ポンプ２０は、灯油タンクから灯油を吸引し、電磁弁２１は、電磁ポンプが吸引した灯油の給油管１１への供給量を制御するとともに、供給した灯油の逆流を防止する。電磁ポンプ２０の送出側の管は太径の給油管１１ａと細径の給油管１１ｂに分岐し、太径の給油管１１ａに電磁弁２１ａが介挿されており、細径の給油管１１ｂに電磁弁２１ｂが介挿されている。給油管１１ａと給油管１１ｂは電磁弁２１ａ，ｂの先で再び合流している。このように、給油管１１を径の異なる２系統の給油管１１ａ，ｂに分岐して、それぞれ独立して電磁弁で開閉制御することにより、きめ細かい給油量の制御が可能である。また、給油量の制御は、径の異なる給油管の開閉で行うほか、短時間で電磁弁を開閉し、その開時間率（ディューティ比）で行うことも可能である。

なお、灯油の流れをスムーズにするため、気化管１２をコイル状にしてもよく、また、給油管１１又は／及び気化管１２内にコイル状の整流リブを設けても良い。ここで、給油管１１又は／及び気化管１２を渦巻きコイル状に形成することにより、灯油の流れをスムーズにすることができるとともに、給油管１１や気化管１２の取りまわしを容易にすることができる。

ノズル１３は、同図（Ａ）に示すように、内部に気化室１３ａを有し、この気化室１３ａ内にヒーター１９が設けられている。このヒーター１９はシーズヒーターで構成されている。尚、本実施形態においては、酸化防止等に有効なステンレス製のシーズヒーターを用いている。給油管１１から供給された灯油（気化管１２で気化された灯油）は、１３ａに流入し、ヒーター１９によってさらに加熱され、沸点を超えて灯油が一気に気化する。気化により体積が急激に膨張し、この体積膨張による圧力によって、気化した灯油ガスはノズルヘッド１３ｂから噴出する。
なお、気化室先端部のノズルヘッド１３ｂは、霧状に灯油ガスを噴射する噴霧型のノズルヘッドである。

ノズル１３は、エア導入口１４内に設置されている。エア導入口１４は、円錐台状（メガホン状）の短管であり、小径側が混合室１５の側面に取り付けられ、大径側が外部に開口している。ノズルはこのエア導入口１４の中央部に１４に向けて設置されている。
また、エア導入口１４における空気の流れをスムーズにするため、エア導入口１４にプロペラ形状で固定された空気整流板２９を設けてもよい。

ノズル１３から灯油ガスが噴出して混合室１５に流入すると、ベンチュリー効果（ジェット流による負圧）により、外部の空気がエア導入口１４に吸い込まれ、混合室１５に流入する。

なお、混合室１５への空気の導入は、上記ベンチュリー効果、および、火口盤１６上面で混合気が燃焼して激しい上昇気流が発生することによって生じる負圧という自然の物理現象によって行われる。このように、混合室１５への空気の導入が自然の物理現象によって行われるため、空気の吸入量の限界が温度上昇の限界となり、限度を超えた燃焼による過熱が防止される。

混合室１５は、円筒形の空間を内部に有する鋳物の構造物である。混合室１５は、上面および側面の一部が開口しており、上面の開口部には火口盤１６が載置され、側面の開口部には上記エア導入口１４が接合されている。

混合室１５には、ノズル１３から噴出した灯油ガスと、上記効果により外部から吸い込まれた空気とが導入される。混合室１５内では、気流により、灯油ガスと空気が均一に混合され、均質な混合気が生成される。この混合気は、火口盤１６のスリットを通過して火口盤１６の上面に排出される。

火口盤１６は、略円柱形の鋳物であり、内部に下面から上面に貫通するスリット（ガス孔）が、法線状に多数形成されている。混合室１５で生成された混合気が高温による上昇気流およびノズル１３から噴出した灯油ガスの圧力、および、火口盤１６上面での燃焼による上昇気流によってスリットの下面から上面に向けて押し出され、火口盤１６の上面から吹き出して燃焼する。
バーナーの最大火力は、ノズル１３の大きさと火口盤１６のスリットの総面積の相関によって決定される。

前記制御部３０はマイコンからなっており、前記ヒーター１９や点火プラグ２４を駆動する電源回路３３、電磁給油部１０、温度センサ２２，２３等を制御するためのインタフェースを有している。また、制御部３０には、操作部３１が接続されている。操作部３１は、バーナーをオン／オフする燃焼ボタン、火力を上下させる上／下ボタン、燃焼運転中か否かを表示する燃焼インジケーター等を備えている。制御部３０は、操作部３１の操作に応じてバーナーの点火／消火、および、火力調整を自動的に行う。

制御部３０には、さらに、前記電磁給油部１０の電磁ポンプ２０、電磁弁２１ａ,２１ｂが接続されているほか、温度センサ２２，２３および電源回路３３が接続されている。電源回路３３には、前記ヒーター１９および点火プラグ２４が接続されている。温度センサ２２は、気化管１２で気化された灯油の温度を測定する熱電対であり、ノズル１３近傍の給油管１１表面に蝋付けされて設けられている。温度センサ２３は、ヒーター１９の温度を測定する熱電対であり、ノズル１３内のヒーター１９に接するように設けられている。点火プラグ２４は、電源回路３３から印加される高電圧によってスパークを発生するものであり、火口盤１６上面の近傍に設けられている。この点火プラグ２４のスパークによって混合気が点火する。

電源回路３３は、制御部３０の指示により点火プラグ２４に高電圧を印加するとともに、制御部３０の指示によりヒーター１９に加熱電流を供給する。操作部３１は、点火／消火を指示する操作ボタンおよび火力レベルを１（最小）〜４（最大）の４段階に設定する火力調整ボタンを有している。制御部３０は、点火操作があったとき、温度センサ２３が測定した油温および温度センサ２２が測定した炎温を監視しながら供給する油量を制御して実用火力まで火力を制御してゆく。

なお、図２に示すように、電磁弁２１は２個並列に設けられており、火力が１、２のときは一方（２１ｂ）のみ開閉して供給する油量を調節し、火力の３，４のときは両方を開閉して油量を調節する。すなわち、火口盤１６（ノズル１３）供給する灯油の量で火力を調整する。

図３は、制御部３０の点火動作を示すフローチャートである。このフローチャートを参照しつつ、制御部３０の点火動作を説明する。なお、点火時は低火力で燃焼を安定させるため、専ら電磁弁２１ｂの開閉で給油量を制御し、電磁弁２１ａは閉じたままとする。

操作部３１の点火ボタンがオンされると（Ｓ１）、まず、ヒーター１９をオン（Ｓ２）してノズル１３を加熱し始める（Ｓ２）。その後（たとえばヒーター温度が所定温度に上昇したとき）、電磁給油部１０を制御して、灯油がノズル１３に到達するまで給油し、そこで給油を停止する（Ｓ３）。この状態でヒーターの温度（温度センサ２３の検出温度）がｔ１に到達するまで加熱する。Ｔ１は灯油が沸点程度の温度に設定する。

そして、温度センサ２３の検出温度がｔ１に到達すると（Ｓ４でＹＥＳ）、電磁ポンプ２０および電磁弁２１ｂをオンして給油を開始する（Ｓ５）。そして点火プラグ２４への給電を開始してスパークを発生させ、火口盤１６から噴出してきた混合ガスに点火する（Ｓ６）。このスパークは、混合ガスに確実に点火するため、給油開始から数秒間継続させる。

点火後、燃焼を安定させるために給油調整を行う（Ｓ７）。この給油調整は、給油時間および／または油温を監視しながら、給油のオン／オフを繰り返す制御である。この制御では、まだバーナー（気化管１２）が十分に加熱されていないため、灯油の供給を燃焼を継続できる最小限に制限して、赤火を防止する。この状態でヒーター温度がｔ２になるまで待機する（Ｓ８）。このｔ２は灯油が完全に気化する程度の高温に設定される。

ヒーター温度がｔ２に達するとノズル部の加熱は完了し燃焼が安定したとして、通常の燃料供給を開始し（Ｓ９）、ヒーターをオフする（Ｓ１０）。こののち油温（温度センサ２２の測定温度）がｔ３に達したとき（Ｓ１１）、点火動作が完了したとして、設定された火力レベルへ火力の調整を行う（Ｓ１２）。この設定レベルへの火力調整は、電磁弁２１ａ，２１ｂの両方を用いて給油量を調整して火力を制御する。

また、燃焼ボタンを再度オンすると、電磁ポンプ２０が停止し給油が停止されて消火状態となるが、そのとき所定時間（約３０秒程度）点火プラグ２４に継続してスパークを発生させる。これにより、給油停止後もバーナー中に残った灯油ガスを最後まで燃焼させることができ、灯油ガスが未燃焼のまま空気中に拡散して、いわゆる「灯油臭い」状態になることを防止することができる。

以上のように、操作者はボタン操作のみで安全且つ確実にバーナーを点火／消火することがきるうえ、一旦消火したのち再点火する場合でも、（空気の混ざらない）燃料油のみを給油管に供給する構成であるため逆火が生じる危険性がなく安全に短時間のインターバルで再点火することができる。したがって、操作ボタンをバーナーの操作パネルに設けるのみでなく、リモコン等に設けて遠隔操作をすることも安全上問題がなく可能である。

なお、上記実施形態では、燃料油として灯油を用いる灯油バーナーについて説明したが、本願発明は、灯油を燃料とするバーナーに限定されず、気化管１２およびヒーター１９による加熱によって気化する液体油であれば、種々のものを用いることが可能である。たとえば、軽油，植物油，化学合成油等を用いることが可能である。その場合には、制御部３０の温度設定，時間設定等を燃料油にあわせたものに設定変更すればよい。

この発明の実施形態である灯油バーナーの構造図 同灯油バーナーの給油系統図 同灯油バーナーの制御部の点火時の制御動作を示すフローチャート 従来の灯油バーナーの給油系統図

符号の説明

１０ 電磁給油部
１１ 給油管
１２ 気化管
１３ ノズル
１３ａ 気化室
１３ｂ ノズルヘッド
１４ エア導入口
１５ 混合室（基部）
１６ 火口盤
１９ ヒーター
２０ 電磁ポンプ
２１（２１ａ，２１ｂ） 電磁弁
２２，２３ 温度センサ
２４ 点火プラグ
３０ 制御部
３１ 操作部
３２ 表示部
３３ 電源回路

Claims (2)

1. 空気と燃料油ガスの混合気を吐出する複数のガス孔を有する火口と、
   前記火口が載置され、前記ガス孔に連通する混合室を有する基部と、
   前記混合室の開口部に接続された短管であるエア導入部と、
   前記エア導入部内に前記混合室に向けて設置されたノズルと、
   前記ノズル内に設けられたヒーターおよび温度センサと、
   前記火口の周囲を周回して前記給油部と前記ノズルを接続する給油管と、
   燃料油タンクから燃料油を吸い上げて前記給油管に供給する給油部と、
   前記火口近傍に設けられ、前記火口から流出した混合気を点火する点火部と、
   前記給油部、ヒーターおよび点火部を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、燃焼開始時に以下の（１）〜（３）の手順を実行することを特徴とするオイルバーナー。
   （１）ヒーターをオンするとともに、燃料油をノズルまで給送して、給油を停止する。
   （２）温度センサの検出値が、燃料油の略沸点温度であるｔ１まで上昇したとき、燃焼を継続できる最小限の油量の給油を開始し、点火する。
   （３）温度センサの検出値が、燃料油を十分に気化させることのできる温度であるｔ２まで上昇したとき、通常動作の油量の給油を開始する。
2. 前記給油管の前記火口よりも前記ノズル側に設けられた第２の温度センサを更に備え、
   前記制御部は、前記第２の温度センサの検出値が前記ｔ２よりも高いｔ３まで上昇したとき、給油量をさらに増加させる請求項１に記載のオイルバーナー。

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