JP4327659B2 - 燃焼装置および湯水加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、灯油などの液体燃料を燃焼させることにより、給湯器や暖房装置などの各種の熱源として利用するのに好適な燃焼装置、およびこれを備えた湯水加熱装置に関する。

従来、給湯器などに用いられる燃焼装置の具体例としては、噴霧ノズルを用いて灯油などの液体燃料を噴霧して燃焼させる噴霧方式のものがある（たとえば、特許文献１を参照）。また、他の方式のものとしては、気化器を使用し、この気化器によって液体燃料を気化させてから燃焼させる気化方式のものもある（たとえば、特許文献２を参照）。

しかしながら、前記した従来のものでは、次に述べるような不具合を生じていた。

すなわち、噴霧方式のものは、噴霧ノズルから燃料が噴霧されたときの粒子が微小であると、その燃焼性は良好であるが、これとは反対に、粒子が大きくなると燃焼性が悪化する。したがって、粘度が低い液体燃料を用いた場合には、噴霧した際の微粒子化が可能であるため燃焼性が良好であるものの、これとは異なり、粘度が高い液体燃料を用いた場合には、噴射ノズルから噴霧した際の微粒子化が難しく、燃焼性が悪くなっていた。このような不具合を解消する手段としては、たとえば電熱ヒータを用いて燃料を加熱し、その粘性を低くすることも考えられるが、電熱ヒータでは加熱効率が悪い。また、加熱温度の立ち上がり速度も遅く、温度制御を行なう場合の応答性も悪い。

一方、気化方式のものは、液体燃料を気化させてから燃焼させるために、温度が低いと気化が促進されず、やはり燃焼性が悪いという問題がある。加えて、この気化方式においては、燃焼装置の運転を開始する際に、気化器に供給された液体燃料が気化するまでの待機時間が必要であり、とくに寒冷地または寒冷期において気化器の温度が低い場合には、その待機時間は長く、燃焼を早期に開始することが難しい。従来においては、待機時間の短縮を図る手段として、気化器に電熱ヒータを具備させることも行なわれているが、この電熱ヒータは、前述したように、加熱温度の立ち上がり速度が遅い。したがって、電熱ヒータを用いた場合であっても、燃焼を開始するまでに時間を要し、この点において未だ改善すべき余地があった。また、電熱ヒータは、ランニングコストを上昇させる要因となるため、この電熱ヒータを用いることなく、前記不具合を解消し得ることが好ましい。さらに、従来においては、電熱ヒータに加えて、気化促進用の攪拌ロータが設けられている場合もあるが、この攪拌ロータも不要にすることできれば、より好ましい。

特開２０００−２４９３３３号公報 特開２００２−３１０４２６号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、液体燃料の粘性や装置内部の温度条件などに大きく左右されず、液体燃料の燃焼性を良好とし、また燃焼開始に要する時間も短縮することが可能な燃焼装置、およびこれを備えた湯水加熱装置を提供することを課題としている。

本発明は、マイクロ波を液体燃料に対して直接照射し、液体燃料を効率良く、かつ局所的に加熱することにより、液体燃料の粘度を低くし、あるいは気化を促進し、上記課題を解決しようとするものである。具体的には、本発明は、次の技術的手段を講じている。

本発明の第１の側面により提供される燃焼装置は、液体燃料を噴霧するための噴霧ノズルを終端部に有する燃料供給路と、前記噴霧ノズルから噴霧された燃料を燃焼させるための燃焼部と、を備えている、燃焼装置であって、マイクロ波発振手段と、このマイクロ波発振手段により発振されたマイクロ波を伝送するためのマイクロ波伝送路としての同軸ケーブルと、を備えており、前記噴霧ノズルは、前記燃料供給路の末端に位置するノズル口の上流側近傍位置に、前記同軸ケーブルの終端部が進入して設けられていることにより、この同軸ケーブルの終端部が前記液体燃料中に浸漬し、これら同軸ケーブルの終端部と液体燃料とが直接接触する構成とされており、前記同軸ケーブルの終端部から前記液体燃料にマイクロ波を照射させることによって、前記液体燃料の温度および圧力を前記ノズル口の上流側近傍位置において上昇させることが可能に構成されていることを特徴としている。

このような構成によれば、マイクロ波の照射により液体燃料が加熱されるために、この液体燃料が粘度の高いものであっても、この加熱により粘度を低くし、噴霧ノズルから噴霧された際の燃料の粒子径を小さくして、その燃焼性を良好にすることができる。したがって、常温において粘度が高い液体燃料も有効に利用することができる。また、前記液体燃料の加熱は、マイクロ波を利用して行なわれているが、このマイクロ波を利用した加熱によれば、もともと加熱効率が良いことや、急速加熱が行なえるといった種々の利点を有することに加え、本発明では、マイクロ波伝送路の終端部を液体燃料に直接接触させた状態でのマイクロ波照射が可能であるため、前記終端部から出力されるマイクロ波の全量を液体燃料に照射させることができ、その加熱効率はより高いものとなる。また、液体燃料の加熱は、燃料供給路の末端のノズル口の上流側近傍位置において行なわれるために、加熱温度の立ち上がり速度をさらに速くすることができるなどの利点も得られる。このようなことから、たとえば電熱ヒータを用いて液体燃料を加熱する場合と比較すると、その応答性、制御性、および経済性などの種々の面において格段に優れたものとなる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記液体燃料の粘度を判断するためのセンサと、このセンサを用いて判断された前記液体燃料の粘度が所定値よりも高いときに前記マイクロ波発振手段を駆動させる制御手段と、を備えている。ここで、前記粘度を判断するためのセンサは、液体燃料の粘度を直接検出可能なものである必要はない。液体燃料の粘度は、その温度に大きく依存するため、たとえば液体燃料の温度を検出すれば、その液体燃料に固有の粘度を判断することが可能であり、このような温度を検出するためのセンサも、前記センサに含めることができる。前記構成によれば、液体燃料の粘度が高い場合には、マイクロ波を利用した加熱が行なわれて粘度の低下が図られることとなり、粘度が高いまま噴霧ノズルから噴霧されることが適切に回避される。

本発明の第２の側面によって提供される燃焼装置は、液体燃料を気化するための気化部と、この気化部において気化したガスを燃焼させるための燃焼部と、前記気化部に液体燃料を供給する燃料供給路と、を備えている、燃焼装置であって、マイクロ波発振手段と、このマイクロ波発振手段により発振されたマイクロ波を伝送するためのマイクロ波伝送路としての同軸ケーブルと、を備えており、前記燃料供給路の末端に位置するノズル口の上流側近傍位置に、前記同軸ケーブルの終端部が進入して設けられていることにより、この同軸ケーブルの終端部が前記液体燃料中に浸漬し、これら同軸ケーブルの終端部と液体燃料とが直接接触する構成とされており、前記同軸ケーブルの終端部から前記液体燃料にマイクロ波を照射させることによって、前記液体燃料の温度および圧力を前記ノズル口の上流側近傍位置において上昇させることが可能に構成されていることを特徴としている。

このような構成によれば、マイクロ波の照射により液体燃料が加熱されるため、気化器の温度が低い場合であっても、液体燃料の気化が促進され、燃焼性が良好となる。とくに、運転開始時において液体燃料の気化が促進されれば、気化が十分になされるまでの待機時間を短くし、燃焼運転を早期に開始することができる。また、液体燃料の加熱は、マイクロ波を利用して行なわれているが、この加熱方式は、本発明の第１の側面によって提供される燃焼装置と同様であり、前述したとおり、加熱効率が良く、また急速加熱が行なえ、応答性、制御性、および経済性などに優れる利点が得られる。さらに、マイクロ波加熱により燃料の気化促進を十分に図ることができるために、従来用いられていた気化促進用の電熱ヒータや攪拌ロータなどを不要にすることも実現可能である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記気化部の温度を検出するための温度センサと、この温度センサにより検出された温度が所定値よりも低いときには前記マイクロ波発振手段を駆動させる制御手段と、を備えている。このような構成によれば、気化部の温度が低く、液体燃料の気化が適切に行なわれない虞れがある場合には、液体燃料がマイクロ波加熱により昇温するために、そのような虞れが適切に回避される。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記制御手段は、前記燃焼部における燃焼号数を決定する機能を有しているとともに、前記温度センサにより検出される温度が、燃焼号数に対応して予め定められている温度よりも低いと判断したときには、前記マイクロ波発振手段を駆動させる制御を行なうように構成されている。このような構成によれば、燃焼号数を上げるように制御する場合に、気化部の温度が低いことに起因してその燃焼号数に必要なだけの燃料の気化量が不足する事態を回避することが可能となる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記燃料供給路内における液体燃料の流量を検出する流量検出手段を備えており、この流量検出手段により検出される流量が多いほど前記マイクロ波の発振出力を高くする制御手段を備えている。このような構成によれば、液体燃料の流量が変動することに起因して液体燃料の加熱に過不足が生じるといった不具合を生じないようにし、安定した加熱が可能となる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記液体燃料の温度を検出する温度センサを備えており、この温度センサにより検出される温度が低いほど前記マイクロ波の発振出力を高くする制御手段を備えている。このような構成によれば、液体燃料の温度に応じてマイクロ波の発振出力が調整され、液体燃料の温度の一定化などを図るのに好適となる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記燃料供給路の途中には、流路サイズが部分的に大きくされ、かつその周囲がマイクロ波を反射可能な金属により囲まれたチャンバが設けられており、前記マイクロ波伝送路の終端部は、前記チャンバ内に配されている。このような構成によれば、チャンバ内に流入した液体燃料の全体を効率良く一斉加熱することが可能であり、前記チャンバを適当な容積にすることによって、液体燃料の燃焼量とチャンバ内において加熱される液体燃料の量とのバランスをとり、液体燃料の加熱制御を容易にするなどの効果が得られる。また、前記チャンバの周囲がマイクロ波を反射可能な金属により囲まれているために、マイクロ波が電磁ノイズとして外部に放出されることがない。さらに、マイクロ波は減衰するまで反射を繰り返して液体燃料内を進行する効果も得られるために、加熱効率がさらに高められる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記燃料供給路の終端部またはその近傍には、ノズル口が開口した加熱用のチャンバが形成されており、このチャンバ内において前記液体燃料がマイクロ波によって加熱されて気化し、前記チャンバ内の圧力が上昇することによって、前記液体燃料が前記ノズル口から噴射されるように構成されている。このような構成によれば、たとえば単にポンプ圧によって圧送されるだけの場合よりも、液体燃料の噴射圧を高めることができ、ノズル口からは液体燃料を微粒子化した状態に噴霧することが可能となる。また、ノズル口は、燃料供給路の終端部に設けられているために、液体燃料を高温のまま噴霧することもできる。したがって、燃料の気化がより促進され、燃焼性を高めるのに一層好適となる。

本発明の第３の側面により提供される湯水加熱装置は、燃焼装置と、この燃焼装置により発生された燃焼ガスによって水管内の水を加熱するための熱交換器と、を有する湯水加熱装置であって、前記燃焼装置として、本発明の第１の側面または第２の側面によって提供される燃焼装置が用いられていることを特徴としている。

このような構成によれば、本発明の第１の側面または第２の側面によって提供される燃焼装置について述べたのと同様な効果が得られ、効率の良い適切な温水加熱が可能となる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。

図１〜図５は、湯水加熱装置の一実施形態を示している。本実施形態の湯水加熱装置Ａ１は、燃焼装置Ｂ１、熱交換器ＴＨ、および排気用ダクト５７を備えている。

燃焼装置Ｂ１は、噴霧方式のものであり、噴霧ノズル１０、燃焼部１１Ａを形成する燃焼筒１２、制御部１３Ａ、マイクロ波発振装置３、およびマイクロ波伝送用の同軸ケーブル４を備えている。噴霧ノズル１０は、液体燃料を燃焼部１１Ａに噴霧するためのものであり、この燃焼装置Ｂ１においては、下向きに燃料を噴射して燃焼させる逆燃式とされている。噴霧ノズル１０には、燃料供給用および燃料戻し用の配管２０Ａ，２０Ｂが接続されている。配管２０Ａの内部、およびこれに繋がった噴霧ノズル１０内の流路が、本発明でいう燃料供給路の一例に相当する。図５に示すように、配管２０Ａは、噴霧ノズル１０と貯留タンク２１とを接続しており、その途中に電磁ポンプ２２、電磁弁２３、および逆止弁２４Ａを有している。配管２０Ｂは、配管２０Ａの電磁ポンプ２２よりも上流部分と噴霧ノズル１０とを接続しており、逆止弁２４Ｂ、アキュムレータ２５、流量調整弁２６を有している。この燃焼装置Ｂ１においては、流量調整弁２６を制御し、配管２０Ｂ内の流量を調整することにより、噴霧ノズル１０からの液体燃料の噴射量を調整できるようになっている。

図２によく表われているように、噴霧ノズル１０は、熱交換器ＴＨの上部に載設された缶体５０Ａの内部に装着されており、その近傍には点火プラグ５１が設けられている。燃焼筒１２は、噴霧ノズル１０の周囲およびその下方領域を囲んでおり、この燃焼筒１２の内部が、噴霧ノズル１０から噴霧された燃料を燃焼させる燃焼部１１Ａとなっている。缶体５０Ａ上には、缶体５０Ａ内に燃焼用空気を送り込む送風ファン５２Ａが載設されており、燃焼用空気は、燃焼筒１２の周壁部や段部などに形成された複数の孔１２ａを通過して燃焼部１１に進入するようになっている。燃焼筒１２の複数の孔１２ａの形成箇所には、いわゆる切り起こし加工が適宜設けられており、この部分を通過した燃焼用空気は、その切り起こし部分にガイドされて、燃焼部１１Ａにおける旋回流となるように構成されている。この旋回流の作用により、燃焼部１１Ａにおいて噴霧された燃料と燃焼用空気との混合が効率良く行なわれる。缶体５０Ａ内には複数の孔１２ａに燃焼用空気を適切に導くための複数の通路５３ａ〜５３ｃなどが形成されている。

図１において、マイクロ波発振装置３は、たとえばマグネトロンを用いて構成されており、２．４５ＧHzのマイクロ波を発振可能である。このマイクロ波発振装置３は、インバータ回路を内蔵しており、マイクロ波の出力が可変である。同軸ケーブル４は、本発明でいうマイクロ波伝送路の一例に相当するものであり、その始端部４ａはマイクロ波発振装置３に接続され、かつ終端部４ｂは燃料供給配管２０Ａに形成されたチャンバ２９内に進入している。

同軸ケーブル４は、たとえば図４に示すように、たとえば内部導体４０が銅線、その周囲の絶縁樹脂４１がポリエチレン、外部導体４２が銅編組、外部被覆材４３が塩化ビニルとされたいわゆるポリエチレン充填ケーブルであり、フレキシブル性（可撓性）を有している。もちろん、これ以外の材質の同軸ケーブルを用いることができる。燃料供給用の配管２０Ａには、図３に示すようなチャンバ２９が設けられており、同軸ケーブル４の終端部４ｂは、このチャンバ２９内に挿入されていることにより、このチャンバ２９内の液体燃料にマイクロ波を直接照射できるようになっている。チャンバ２９は、噴霧ノズル１０の近傍に位置しており、その周囲壁の全体がマイクロ波を反射可能な金属製である。このチャンバ２９の流路サイズは、このチャンバ２９の上流側および下流側において隣接する管体部分の流路サイズよりも大きく形成されている。同軸ケーブル４の終端部４ｂにおいては、外部被覆材４３や絶縁樹脂４１が適宜除去されて、内部導体４０が外部導体４２よりも適当な寸法だけ剥き出し状態で突出した構造となっている。また、内部導体４０の剥き出しとされた部分は、先端部を除き円柱状であり、またその先端部は略半球状となるように丸みが付された形状とされている。

図１において、制御部１３Ａは、マイクロコンピュータを用いて構成されており、メモリに記憶されているプログラムや各種のデータ類、およびスイッチ操作により入力されたデータなどに応じて燃焼装置Ｂ１の各部の制御や信号処理を行なう。この制御部１３Ａは、後で詳述するように、燃料供給用の配管２０Ａに設けられた温度センサＳａや、噴霧ノズル１０に供給される液体燃料の流量を検出する流量センサＳｂからの信号に基づき、液体燃料に対するマイクロ波の照射による加熱が好適に行なわれるようにマイクロ波発振装置３の出力制御を実行するように構成されている。

熱交換器ＨＴは、入水口５５ａおよび出湯口５５ｂを有する管体５５内に供給される水と燃焼ガスとの熱交換を行なうためのものであり、缶体５０Ａの下部に連結された筒状の缶体５６を有している。この缶体５６の上部においては、その外周壁に管体５５の一部が巻き付けられた１次熱交換部が構成されている。缶体５６の下部においては、管体５５の他の一部がこの缶体５６の内部を通過し、かつ複数枚のフィン５５ｃを備えた２次熱交換部が構成されている。排気用ダクト５７は、熱交換器ＨＴ内を通過して缶体５６の底部開口部から下方に排出されてきた燃焼ガスを排ガスとして開口部５７ａから外部に排出させるためのものである。

次に、燃焼装置Ｂ１およびこれを備えた湯水加熱装置Ａ１の作用について説明する。

まず、マイクロ波による液体燃料の加熱の作用について説明する。マイクロ波発振装置３によって発振されたマイクロ波は、同軸ケーブル４中を伝搬し、終端部４ｂから液体燃料に直接照射される。終端部４ｂは、液体燃料１０中に浸漬し、これらは直接接触しているために、終端部４ｂから出力されるマイクロ波の全量が液体燃料に対して効率良く照射されることとなる。マイクロ波が照射されると、液体燃料は誘電加熱作用により、短時間で昇温することとなる。この昇温により、液体燃料の粘性は低くなり、噴霧ノズル１０によって噴霧されたときの微粒子化が図られ、燃焼性がよくなる。

マイクロ波は、同軸ケーブル４中においては、内部導体４０と外部導体４２との間の部分を伝搬し、終端部４ｂに到達する。内部導体４０の一部は外部導体４２よりも突出しているために、マイクロ波の一部はこの突出部分により反射されて、四方に進行する。内部導体４０の突出部分の各所の断面形状は円形であり、またその先端もその周方向において均一な丸みを帯びているために、前記突出部分からのマイクロ波の反射が一方向に偏って行なわれることも抑制される。したがって、終端部４ｂからは、その周囲や上方などの種々の方向に対してマイクロ波が均一な状態で進行することとなり、チャンバ２９内の液体燃料の全体をまんべんなく加熱するのに好適となる。同軸ケーブル４は、このようにマイクロ波をその終端部から種々の方向に均一に出射させるのに適している。また、同軸ケーブル４は、フレキシブル性を有しているために、一般の金属製導波管とは異なり、そのとり回しが容易となる。また、平行２線路方式のケーブルとは異なり、同軸ケーブル４の外部に電磁界が発生しないために、マイクロ波の外部への放射損も少ない。

チャンバ２９の周囲は、マイクロ波を透過させない金属で囲まれているために、マイクロ波がいわゆる電磁ノイズとして外部に放出されないようにすることができる。また、液体燃料内を一旦通過してチャンバ２９の周囲の壁面に到達したマイクロ波は、この壁面によって反射されることにより、液体燃料内を再度通過する効果も期待できるために、このことによっても加熱効率が高くなる。チャンバ２９は、配管２０Ａの他の部分よりも大きな流路サイズとされているために、ある程度纏まった量の液体燃料をマイクロ波照射によって一斉に加熱することができる。したがって、終端部４ｂのサイズにもよるが、液体燃料のごく微量ずつにマイクロ波を照射する場合と比較すると、加熱の効率がよい。

次に、制御部１３Ａの動作処理手順の一例を、図６に示したフローチャートを参照しつつ説明する。

まず、制御部１３Ａは、運転が開始されると、温度センサＳａからの信号に基づき、液体燃料の温度を検出し、その粘度を判断する（Ｓ１：ＹＥＳ，Ｓ２）。制御部１３Ａには、液体燃料の粘度と温度との関係を示すデータが予め入力されており、このデータと温度センサＳａを利用して検出される液体燃料の温度により、粘度を判断することが可能である。むろん、粘度と温度との関係は、液体燃料の種類や成分が異なるごとに固有のものである。

次いで、制御部１３Ａは、液体燃料の粘度が予め定められた粘度よりも高いと判断したときには（Ｓ３：ＹＥＳ）、その粘度を所望の粘度まで低下させるのに必要な加熱量、およびこれに対応したマイクロ波の照射出力を演算などにより求める（Ｓ４）。そして、この求めた値でマイクロ波照射がなされるようにマイクロ波発振装置３を駆動させる（Ｓ５）。このマイクロ波発振装置３の駆動により、液体燃料は加熱され、微粒子化に好適な粘度まで低下する。

噴霧ノズル１０からの燃料噴射は、継続的に行なわれており、前記マイクロ波発振装置３の駆動も原則的にはそれに伴って継続して行なわれこととなる。ただし、制御部１３Ａは、流量センサＳｂからの信号に基づいて液体燃料の流量を検出し、その流量が多いほどマイクロ波の出力を高くするようにマイクロ波発振装置３を制御する（Ｓ６，Ｓ７）。これにより、液体燃料の流量が変動しても、液体燃料を一定の温度に加熱することができる。このような一連の制御は、液体燃料の温度が所定温度よりも低く、粘度が高いと判断される期間中は継続して行なわれ、運転停止になるとマイクロ波の発振を終了する（Ｓ８：ＹＥＳ，Ｓ９）。前記とは異なり、液体燃料の温度が所定値よりも高く、粘度が低いと判断される場合には、マイクロ波の照射は行なわれない（Ｓ３：ＮＯ）。したがって、不必要なマイクロ波発振が回避され、ランニングコストを低くすることができる。

前記した動作手順では、液体燃料の粘度が高いと判断された場合に限り、マイクロ波の照射を行なっているが、本発明はこれに限定されない。本発明においては、液体燃料の粘度が低い場合にマイクロ波の照射を行なってもかまわない。マイクロ波を照射して液体燃料の温度を高くすると、未加熱の場合よりも微粒子化が促進され、また高温であることに起因して噴霧後の気化が促進され、燃焼性を高めることができるからである。

図７〜図９は、湯水加熱装置の他の実施形態を示している。本実施形態の湯水加熱装置Ａ２は、燃焼装置Ｂ２、熱交換器ＴＨ、および排気用ダクト５７を備えている。熱交換器ＴＨおよび排気用ダクト５７は、先に説明した湯水加熱装置Ａ１のものと同様であり、その説明は省略する。

燃焼装置Ｂ２は、気化方式のものであり、気化部７、燃焼部１１Ｂ、制御部１３Ｂ、マイクロ波発振装置３、およびマイクロ波伝送用の同軸ケーブル４を備えている。図８によく表われているように、気化部７は、カップ状の容器７０と、攪拌用ロータ７１とを有している。容器７０の底部には、加熱用のヒータ７２が設けられている。ただし、後述するように、本発明によればヒータ７２や攪拌用ロータ７１を不使用にすることが可能である。燃料供給用の配管２０Ｃは、その終端寄り部分がＬ字状に屈曲されて容器７０の内部まで導入され、その端部から液体燃料を滴下できるように設けられている。攪拌用ロータ７１は、滴下される液体燃料を飛散させて気化を促進するためのものであり、缶体５０Ｂの内部に設けられたモータＭの第１の回転軸７３ａに支持され、かつ容器７０内において回転自在である。

容器７０の外周囲には、複数の炎孔７４ａを有する炎孔プレート７４が配されている。容器７０内において気化した燃料は、その上部開口部を炎孔プレート７４の上方空間に流れるように構成されている。一方、モータＭの上方には、このモータＭの第２の回転軸７３ｂによって回転され、かつ缶体５０Ｂの上部開口部８０から缶体５０Ｂ内に燃焼用空気を流入させるファン５２Ｂが設けられている。炎孔プレート７４の上方空間においては、この燃焼用空気と前記気化した燃料とが混合されてから複数の炎孔７４ａを下向きに通過するようになっている。この部分において燃料は燃焼され、この部分が燃焼部１１Ｂに相当する。この燃焼装置Ｂ２も、燃焼装置Ｂ１と同様に逆燃式である。

燃料供給用の配管２０Ｃのうち、容器７０に近い部分には、図９に示すようなチャンバ２９が設けられ、このチャンバ２９内に同軸ケーブル４の終端部４ｂが挿入されている。この構成は、図３を参照して説明した構成と実質的に同一である。

制御部１３Ｂは、容器７０またはその近傍に取り付けられた温度センサＳｃからの信号に基づいて気化部７の温度を検出し、その検出結果により後述するようなマイクロ波発振装置３の駆動制御を行なうように構成されている。また、制御部１３Ｂは、一定の条件に基づいて、燃焼号数を決定するが、この燃焼号数と前記温度との関係においても後述するような制御を行なうように構成されている。

次に、燃焼装置Ｂ２およびこれを備えた湯水加熱装置Ａ２の作用について説明する。

まず、燃焼装置Ｂ２は、燃料供給用の配管２０Ｃに設けられたチャンバ２９内において液体燃料がマイクロ波の照射により加熱されてから、気化部７に供給される。したがって、加熱により温度上昇を生じている分だけ、気化部７における気化が迅速になされ、燃焼を早期に開始することができる。また、気化が迅速になされれば、燃焼に必要な気化ガスを燃焼部１１Ｂに多く供給できることとなるため、火力を強くし、燃焼号数を大きくするのにも好適となる。マイクロ波を利用した加熱作用は、燃焼装置Ｂ１において述べたのと同様であり、加熱効率が高く、また短時間で液体燃料を昇温させることができる。とくに、この気化方式を採用した燃焼装置Ｂ２においては、その運転開始時の待機時間を短くするのに最適となる。さらに、液体燃料をマイクロ波により十分に加熱させることにより、気化が促進されるために、電熱ヒータ７２や攪拌用ロータ７１を不要とし、装置の構造を簡素にすることも可能となる。

次いで、制御部１３Ｂの制御動作手順の一例を、図１０に示すフローチャートを参照して説明する。

まず、制御部１３Ｂは、運転開始になると、温度センサＳｃからの信号に基づき、気化部７の温度を検出する（Ｓ２１：ＹＥＳ，Ｓ２２）。次に、制御部１３Ｂは、気化部７の温度が予め設定されている所定の温度よりも高いか否かを判断する（Ｓ２３）。その結果、気化部７の温度が低温であって、所定の温度以下であると、制御部１３Ｂは、その気化部７の温度条件に見合ったマイクロ波の出力値（気化部７の温度条件において液体燃料を適切に気化させることができると考えられる温度まで加熱するのに必要なる出力値）を演算し、かつこの演算した出力値でマイクロ波が出力されるように、マイクロ波発振装置３を駆動させる（Ｓ２４，Ｓ２５）。この場合、液体燃料の温度も検出しておき、この温度も考慮することが好ましい。このような制御によれば、運転開始時において気化部７の温度が低く、本来ならば、液体燃料の気化が早期に行なえない場合であっても、制御部１３Ｂの制御によりマイクロ波を利用した液体燃料の加熱が迅速になされることにより、そのような虞れは適切に解消される。また、気化部７の温度に対応してマイクロ波の出力値は変更されるため、液体燃料の加熱に過不足を生じないようにすることもできる。

前記したような運転開始初期の制御が終了すると、制御部１３Ｂは、燃焼号数を決定する（Ｓ２６）。この燃焼号数の決定は、熱交換器ＨＴにおける入水温度、目標出湯温度、および目標出湯量などに基づいてなされる。次いで、制御部１３Ｂは、この決定した燃焼号数を得るための条件として、気化部７の温度が適正か否かを判断する（Ｓ２７）。この判断は、具体的には、燃焼号数ごとに予め定められている所定の温度と気化部７の温度とを比較して、気化部７の温度が高いか否かにより行なう。その結果、気化部７の温度が低いと判断した場合には（Ｓ２７：ＮＯ）、制御部１３Ｂは、気化部７の温度および燃焼号数に見合ったマイクロ波の出力値を演算してから、その演算した出力値が得られるようにマイクロ波発振装置３の制御を行なう。これに対し、気化部７の温度が高い場合には、マイクロ波の出力が停止される（Ｓ２８）。このような燃焼号数と気化部７の温度との関係に対応したマイクロ波の出力制御は、運転が停止されるまで継続して行なわれる（Ｓ２６〜Ｓ２９）。このような制御によれば、気化部７における燃料の気化量に不足を生じて所望の号数の燃焼が得られなくなるといった不具合を防止し、制御部１３Ｂにおいて決定した燃焼号数通りの燃焼を適切に実現することができる。

前記したような制御を行なう場合、電熱ヒータ７２を駆動させて気化部７を加熱するようにしてもかまわない。この場合、電熱ヒータ７２による加熱では不足する熱量分だけ、マイクロ波の照射によって補うといった制御を行なうようにすることもできる。また、この気化方式の燃焼装置Ｂ２においても、燃焼装置Ｂ１において適用されていたように、液体燃料の流量に対応してマイクロ波の出力を変更する制御を行なうこともできる。ステップＳ２７においては、号数に対して気化部７の温度が高いか否かを判断しているが、気化部７の温度としては、気化器７０の温度をそのまま用いてもよい。この気化器７０の温度が液体燃料の気化温度以上であれば、マイクロ波の出力制御を細かく制御する必要を無くすことが可能である。さらに、気化部７の温度に代えて、液体燃料自体の温度に基づいてマイクロ波の照射制御を行なう構成とすることもできる。この場合、液体燃料の温度が低いほど、マイクロ波の出力を高めることとなるが、このようにすると、液体燃料の温度の一定化を図ることが可能となり、液体燃料の温度をやや高めにすれば、気化部７の温度が多少低い場合であっても、優れた燃焼性を得ることができる。

図１１〜図１３は、本発明に係る燃焼装置の他の実施形態を示している。

図１１に示す燃焼装置Ｂ３においては、燃料供給用の配管２０Ｃの終端部近傍にチャンバ２９が設けられており、かつこのチャンバ２９よりも配管２０Ｃの終端部寄りの部分は、内径が先細りのノズル口２９ａとなっている。

このような構成によれば、同軸ケーブル４の終端部４ｂから出射するマイクロ波の出力を高めに設定し、ポンプ２２Ａにより液送されてくる液体燃料をチャンバ２９内において沸騰させ、またはそれに近い状態となるように高温に加熱すると、このチャンバ２９内における燃料の気化により、急激な圧力上昇を生じる。したがって、この圧力を利用して、ノズル口２９ａからは液体燃料をポンプ圧よりも高い圧力で噴射させることができる。その一方、ノズル口２９ａは、先細りのオリフィス状であるため、このノズル口２９ａから液体燃料が高い圧力で噴射するときには、噴霧状態となる。気化部７に対して高温の液体燃料がそのような状態で噴霧されると、即座に気化する。したがって、本実施形態の液体燃料の噴射方式を採用すれば、攪拌用ロータ７１や加熱用のヒータ７２を用いる必要性がより無くなる。なお、本実施形態の噴射方式は、気化方式の燃焼装置に限らず、図１に示した加熱装置Ｂ１のような噴霧方式のものにも採用することができる。この場合、図１１に示されたチャンバ２９がそのまま噴霧ノズル１０に代わるものとなる。

図１２に示す構成においては、同軸ケーブル４の終端部４ｂが、配管２０Ｃの先端の先細りのオリフィス部としてのノズル口２９ａに接近し、またはノズル口２９ａ内に進入するように設けられている。このような構成によれば、ノズル口２９ａ内に存在する微小量の液体燃料に対してマイクロ波を極めて効率良く照射し、省エネ化を一層図りつつ、液体燃料の吐出の迅速化を図ることができる。加えて、上記構成によれば、ノズル口２９ａ内の液体燃料をマイクロ波照射による強い静電場の雰囲気中におくことが可能であるため、静電霧化現象の原理によって液体燃料が噴霧吐出する効果も期待できる。

図１３（ａ）に示す構成においては、同軸ケーブル４の終端部４ｂにおける内部導体４０と外部導体４２との先端高さが略同一に揃えられている。同図（ｂ），（ｃ）においては、先に述べた実施形態とは反対に、外部導体４２の方が内部導体４０よりも同軸ケーブル４の長手方向に突出している。同図（ｂ）においては、内部導体４０の一部が絶縁樹脂４１から露出しているのに対し、同図（ｃ）においては、そのような構成にはなっていない。

これらの実施形態においては、同軸ケーブル４内の内部導体４０と外部導体４２との間を伝搬してきたマイクロ波は、先に述べた実施形態の場合とは異なり、内部導体４０の四方に向けて直接広がることはない。したがって、マイクロ波を広い領域に向けて照射するのではなく、たとえば液体燃料の流路内の比較的狭い領域においてマイクロ波を集中的に照射させるのに好ましいものとなる。これらの実施形態から理解されるように、マイクロ波伝送路として同軸ケーブルを用いた場合には、その終端部の形状を変えるだけで、液体燃料に対するマイクロ波の照射の仕方を簡単に変更し、最適な加熱が行なえるように設定することが可能である。

本発明は、上述した実施形態に限定されない。本発明に係る燃焼装置および湯水加熱装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

マイクロ波発振手段としては、マグネトロンを用いたものに限らない。クライストロンや進行波管などの他の種類のマイクロ波電子管やデバイス類を用いてもかまわない。また、マイクロ波発振手段としては、出力可変のものを用いることが好ましいが、発振出力の可変は、マイクロ波の出力値そのものを変更する場合と、出力値は一定であるものの、間欠的にマイクロ波を発振し、かつその発振周期を変更することによってマイクロ波のトータルの発振量が変更される場合とのいずれであってもかまわない。いずれの場合においても、状況に応じてマイクロ波の出力を調整し、目標となる加熱条件に適合した加熱、あるいはそれに近い加熱が可能である。発振周波数は、２．４５ＧHzに限らず、これ以外の周波数であってもよく、周波数可変のものを用いることもできる。

本発明においては、噴霧ノズル、気化部、および燃焼部の具体的な構造なども限定されず、また燃焼方式は、逆燃式でなくてもよい。本発明に係る燃焼装置は、湯水加熱装置の加熱源として用いるのに好適であるが、やはりこれに限定されない。

燃焼装置および湯水加熱装置の一実施形態を模式的に示す説明図である。 図１に示す燃焼装置の要部断面図である。 図１に示す燃焼装置のマイクロ波照射がなされる部分の要部断面図である。 （ａ）は、マイクロ波伝送用の同軸ケーブルの一例を示す要部破断側面図であり、（ｂ）は、その断面図である。 図１に示す燃焼装置の液体燃料の配管系統の構成を示す説明図である。 図１に示す燃焼装置の制御部の動作手順の一例を示すフローチャートである。 燃焼装置および湯水加熱装置の他の実施形態を模式的に示す説明図である。 図７に示す燃焼装置の要部断面図である。 図７に示す燃焼装置のマイクロ波照射がなされる部分の要部断面図である。 図７に示す燃焼装置の制御部の動作手順の一例を示すフローチャートである。 本発明に係る燃焼装置の一実施形態を模式的に示す説明図である。 本発明に係る燃焼装置の他の実施形態を示す要部断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る燃焼装置に用いられる同軸ケーブルの終端部の他の例を示す要部断面図である。

符号の説明

Ａ１，Ａ２ 湯水加熱装置
Ｂ１〜Ｂ３ 燃焼装置
ＴＨ 熱交換器
Ｓａ〜Ｓｃ 温度センサ
３ マイクロ波発振装置
４ 同軸ケーブル（マイクロ波伝送路）
４ｂ 終端部（同軸ケーブルの）
７ 気化部
１０ 噴霧ノズル
１１Ａ，１１Ｂ 燃焼部
１３Ａ，１３Ｂ 制御部

Claims (10)

1. 液体燃料を噴霧するための噴霧ノズルを終端部に有する燃料供給路と、前記噴霧ノズルから噴霧された燃料を燃焼させるための燃焼部と、を備えている、燃焼装置であって、
   マイクロ波発振手段と、このマイクロ波発振手段により発振されたマイクロ波を伝送するためのマイクロ波伝送路としての同軸ケーブルと、を備えており、
   前記噴霧ノズルは、前記燃料供給路の末端に位置するノズル口の上流側近傍位置に、前記同軸ケーブルの終端部が進入して設けられていることにより、この同軸ケーブルの終端部が前記液体燃料中に浸漬し、これら同軸ケーブルの終端部と液体燃料とが直接接触する構成とされており、
   前記同軸ケーブルの終端部から前記液体燃料にマイクロ波を照射させることによって、前記液体燃料の温度および圧力を前記ノズル口の上流側近傍位置において上昇させることが可能に構成されていることを特徴とする、燃焼装置。
2. 前記液体燃料の粘度を判断するためのセンサと、
   このセンサを用いて判断された前記液体燃料の粘度が所定値よりも高いときに前記マイクロ波発振手段を駆動させる制御手段と、
   を備えている、請求項１に記載の燃焼装置。
3. 液体燃料を気化するための気化部と、この気化部において気化したガスを燃焼させるための燃焼部と、前記気化部に液体燃料を供給する燃料供給路と、を備えている、燃焼装置であって、
   マイクロ波発振手段と、このマイクロ波発振手段により発振されたマイクロ波を伝送するためのマイクロ波伝送路としての同軸ケーブルと、を備えており、
   前記燃料供給路の末端に位置するノズル口の上流側近傍位置に、前記同軸ケーブルの終端部が進入して設けられていることにより、この同軸ケーブルの終端部が前記液体燃料中に浸漬し、これら同軸ケーブルの終端部と液体燃料とが直接接触する構成とされており、
   前記同軸ケーブルの終端部から前記液体燃料にマイクロ波を照射させることによって、前記液体燃料の温度および圧力を前記ノズル口の上流側近傍位置において上昇させることが可能に構成されていることを特徴とする、燃焼装置。
4. 前記気化部の温度を検出するための温度センサと、
   この温度センサにより検出された温度が所定値よりも低いときには前記マイクロ波発振手段を駆動させる制御手段と、
   を備えている、請求項３に記載の燃焼装置。
5. 前記制御手段は、前記燃焼部における燃焼号数を決定する機能を有しているとともに、前記温度センサにより検出される温度が、燃焼号数に対応して予め定められている温度よりも低いと判断したときには、前記マイクロ波発振手段を駆動させる制御を行なうように構成されている、請求項４に記載の燃焼装置。
6. 前記燃料供給路内における液体燃料の流量を検出する流量検出手段を備えており、
   この流量検出手段により検出される流量が多いほど前記マイクロ波の発振出力を高くする制御手段を備えている、請求項１ないし５のいずれかに記載の燃焼装置。
7. 前記液体燃料の温度を検出する温度センサを備えており、
   この温度センサにより検出される温度が低いほど前記マイクロ波の発振出力を高くする制御手段を備えている、請求項１ないし６のいずれかに記載の燃焼装置。
8. 前記燃料供給路の途中には、流路サイズが部分的に大きくされ、かつその周囲がマイクロ波を反射可能な金属により囲まれたチャンバが設けられており、
   前記マイクロ波伝送路の終端部は、前記チャンバ内に配されている、請求項１ないし７のいずれかに記載の燃焼装置。
9. 前記燃料供給路の終端部またはその近傍には、ノズル口が開口した加熱用のチャンバが形成されており、このチャンバ内において前記液体燃料がマイクロ波によって加熱されて気化し、前記チャンバ内の圧力が上昇することによって、前記液体燃料が前記ノズル口から噴射されるように構成されている、請求項１ないし７のいずれかに記載の燃焼装置。
10. 燃焼装置と、この燃焼装置により発生された燃焼ガスによって水管内の水を加熱するための熱交換器と、を有する湯水加熱装置であって、
    前記燃焼装置として、請求項１ないし９のいずれかに記載の燃焼装置が用いられていることを特徴とする、湯水加熱装置。

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