JP6038705B2

JP6038705B2 - 気化装置

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Publication number: JP6038705B2
Application number: JP2013071127A
Authority: JP
Inventors: 布川　秀之; 秀之布川
Original assignee: Dainichi Co Ltd
Current assignee: Dainichi Co Ltd
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: JP2014194318A

Description

本発明は、灯油等の液体燃料を加熱気化して気化ガスを生成する気化装置に関するものである。

従来、この種の気化装置として特許文献１に示すようなものがある。特許文献１の気化装置は液体燃料を加熱気化する筒状の気化部と、この気化部と連通し交差配設され気化部で加熱気化された気化ガスを先端部の噴出口より噴出するノズル部とから構成されている。

そして気化部は、筒状の発熱体の内側に基端部から前記液体燃料が供給される内管を設けてこれを前段気化室とし、この筒状の発熱体を収納管に収納し、この収納管の外側に気化ガス通路となる間隙を介して更に内管と先端部で連通する外管を設けてこの外管の内側即ちこの外管と収納管との間を前段気化室と折り返し連通する後段気化室とし、この後段気化室の下流側に前記ノズル部と連通する連通口を設けた構成としている。

特開２０１２−０７８０５５号公報

このように、従来の気化装置は構造が複雑でかつ部品点数も多いため、溶接や組立の手間がかかるものであった。また、この種の気化装置は、搭載される燃焼装置の燃焼量に応じて気化能力の異なるタイプが必要とされるが、気化能力の異なる気化装置を製造するためには、それぞれのタイプごとに長さや大きさの異なる部品、またそれを成形するための金型が必要になってしまうため、製造コストを低減することが難しかった。

本発明は、構造が簡単で溶接などの手間が少なく、さらに気化能力の異なるタイプも簡単に製造することのできる気化装置を提供することを目的とする。

本発明は、火炎から燃焼熱を回収する熱回収部と、ヒータが取り付けられてヒータからの熱を受けるヒータ受熱部と、液体燃料を気化して気化ガスとする気化容器とからなり、液体燃料を加熱して気化ガスとする気化部を備えた気化装置であって、前記気化容器は閉じた空間を形成し、前記熱回収部とヒータ受熱部とが押出加工により一体形成されており、前記気化容器と前記ヒータ受熱部とを接合してなる気化部を有することを特徴とする気化装置である。

また、前記気化容器は、開口部を有する容器本体と前記開口部を閉塞する容器フタからなり、前記容器本体と前記ヒータ受熱部とが接合されることを特徴とする請求項１記載の気化装置である。

また、前記開口部は円形であることを特徴とする請求項２記載の気化装置である。

また、前記熱回収部と前記ヒータ受熱部とが前記気化部の幅方向と同じ方向に押出されて形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の気化装置である。

また、前記容器本体は有底筒状のプレス加工品であって、プレス加工時に前記気化部の幅方向と同じ方向に加圧されて形成されていることを特徴とする請求項４記載の気化装置である。

上述のように構成することにより、部品点数を削減して溶接などの手間を減らすことができるとともに、気化能力の異なる気化装置に対応する部品を押出長を変えるだけで簡単に製造することが可能となる。

本発明の気化装置の外観図である。本発明の気化装置の鉛直方向断面図である。本発明の気化容器部分の水平方向断面図である。気化ヘッドの斜視図である。

好適と考える本発明の実施形態を、本発明の作用効果を示して簡単に説明する。

本発明の気化装置は、熱回収部とヒータ受熱部を押出加工により一体成形することにより、部品点数を減らし溶接や組立の手間を削減することができる。さらに、成形には押出加工を用いたので、押出長を変えるだけで異なる気化能力の気化装置に対応する部品を製造することができるため、金型の共有による製造コストの低減を図ることができる。

加えて、気化容器は閉じた空間を形成しているので、もしヒータ受熱部との接合部分の溶接が不完全であったり、経年劣化によって接合箇所に亀裂等が生じたとしても、気化容器内の気化ガスが漏れ出すおそれはないため安全性にも優れた気化装置となる。

また、気化容器を構成する容器本体および容器フタはプレス加工により成形が可能であり、この気化容器とヒータ受熱部とを接合することにより気化部が構成されるため、従来に比べて少ない工程で製造することが可能となる。

また、開口部を円形とすることで、容器本体と容器フタとの接合を簡単且つ確実に行うことができる。

また、熱回収部とヒータ受熱部の幅方向を押出方向とすることで、押出長を変えることにより火炎からの熱回収量とヒータ受熱量を増減することができるため、気化能力の調整を容易に行うことができる。

また、容器本体をプレス加工品とし、プレス加工時の加圧方向を気化部の幅方向、すなわち熱回収部とヒータ受熱部の押出方向とすることで、加圧方向の長さを変更するだけで気化能力に対応する気化容器を製造することができるため、より生産性に優れた気化装置となる。

以下本発明の一実施例としての液体燃料燃焼装置を図面により説明する。

図１は気化装置１の外観図、図２は気化装置１の鉛直方向断面図、図３は気化容器１４部分の水平方向断面図である。気化装置１は、液体燃料を気化して気化ガスとする気化部１０と、気化部１０で生成された気化ガスを噴出するノズル部２０と、ノズル部２０を開閉させるプランジャー部３０とから構成されている。

気化部１０は、図示しないバーナで形成される火炎の燃焼熱を回収する熱回収部１１と、通電することで発熱するヒータ１２と、ヒータ１２と密着するヒータ設置面１３１が形成されてヒータ１２が発する熱を受けるヒータ受熱部１３と、液体燃料が供給される気化容器１４を備えている。そして、ヒータ１２とヒータ設置面１３１の間には伝熱シート１５が挟みこまれ、ヒータ押さえ金具１２１によりヒータ１２がヒータ設置面１３１に密着固定されている。

このように気化装置１が熱回収部１１を備えることにより、燃焼開始時にはヒータ１２が発する熱により気化装置１を加熱し、燃焼が開始してバーナで火炎が形成された後は熱回収部１１が回収した燃焼熱により気化装置１が加熱される。気化装置１が加熱されることで気化容器１４が高温となり、気化容器１４に供給された液体燃料は加熱されて気化し気化ガスとなる。

気化容器１４は、開口部１４５を有する有底筒状の容器本体１４１と、この容器本体１４１の開口部１４５を閉塞する容器フタ１４２からなり、開口部１４５に容器フタ１４２をはめ込んで溶接することにより閉じた空間を形成している。さらに、容器本体１４１は開口部１４５が円形となるように開口部１４５に向かって緩やかに広がる傾斜面を備え、容器フタ１４２は開口部１４５と同じ円形をなしている。容器本体１４１および容器フタ１４２の形状は本実施例に限るものではないが、このように開口部１４５を円形とすることで、開口部１４５が他の形状の場合よりも容器フタ１４２との溶接を簡単かつ確実に行うことができる。

また、熱回収部１１と、ヒータ受熱部１３は押出加工により一体に成形されて気化ヘッド１６を構成しており、気化ヘッド１６のヒータ受熱部１３の底部に気化容器１４の容器本体１４１部分を溶接して気化部１０が構成される。

気化容器１４は閉じた空間を形成しているので、もしヒータ受熱部１３との接合部分の溶接が不完全であったり、経年劣化によって接合箇所に亀裂等が生じたとしても、気化容器１４内の気化ガスが漏れ出すおそれはないため安全に使用することができる。なお、容器本体１４１と容器フタ１４２との溶接距離は気化容器１４１とヒータ受熱部１３の溶接距離に比べ短いため、溶接不良が起きる可能性は極めて低いと言える。

図４は気化ヘッド１６を示す図であって、以下の説明においては、気化ヘッド１６の横幅を「幅方向Ｘ」、鉛直方向を「高さ方向Ｙ」、ノズル部２０が気化部１０を貫通する方向を「奥行き方向Ｚ」として説明を行う。

気化ヘッド１６は、幅方向Ｘの断面（Ｙ−Ｚ断面）が全ての点において同一の形状をなしている。このような形状とすることで、気化ヘッド１６の幅方向Ｘを押出方向として金型から押し出すことで気化ヘッド１６が成形されるため、従来の構造と比べて溶接の手間を大幅に低減することができる。なお、本実施例においては、気化ヘッド１６は全ての点におけるＹ−Ｚ断面が同一形状であるが、押出加工後に抜き加工や曲げ加工を行うことにより断面形状が異なるようにしてもよい。また、押出加工後に寸法精度向上等のために、引抜加工を行うことも可能である。

この種の気化装置１は、搭載される燃焼装置の燃焼量に応じて気化能力の異なるタイプが必要とされる。気化能力は気化容器１４の容積、ヒータ１２からの受熱量、熱回収量を調整することで変更されるため、従来は気化能力の異なる気化装置１を製造するためには長さや大きさの異なる部品、またそれを成形するための金型がタイプごとに必要になってしまっていた。ところが、本発明の気化装置１は、ヒータ１２の受熱量および熱回収量に関しては、気化ヘッド１６の幅方向Ｘの長さを変えることによって増減させて気化能力を変更することができ、さらにそれを押出加工の押出長により調整することができるため、１つの押出金型で気化能力の異なる気化装置１の気化ヘッド１６を製造することができる。つまり、気化ヘッド１６を押出加工で一体に成形することで、溶接工程の低減だけでなく、金型の共通化も可能となるため、従来と比べて大幅に気化装置１の製造能力を向上させることができる。

さらに、気化容器１４を構成する容器本体１４１および容器フタ１４２はプレス加工により成形が可能であり、一度の溶接で気化容器１４を構成することができるうえ、気化部１０は気化ヘッド１６と気化容器１４を溶接することにより構成されるため、従来に比べて少ない工程で製造することが可能となる。

また、気化能力の異なる気化装置１を製造するためには、気化ヘッド１６に対応する気化容器１４が必要となるが、気化ヘッド１６は前述のように幅方向Ｘの長さを変えることで気化能力を変更できるように構成されているため、容器本体１４１も幅方向の長さを調節することで気化ヘッド１６に対応することになる。そこで、容器本体１４１をプレス加工する際の加圧方向を気化部１０の幅方向、すなわち気化ヘッド１６の押出方向である幅方向Ｘとすれば、加圧方向の長さを変更するだけで気化ヘッド１６に対応する気化容器１４を製造することができ、より生産性に優れた気化装置１となる。

ヒータ１２は、アルミナや窒化ケイ素などの材料からなる平板状のセラミックヒータを用いている。セラミックヒータは、ワット密度が高く熱容量が小さいため熱効率がよく、また形状を平板状とすることでヒータ設置面１３１との接触面積が増えるので、気化装置１を素早く昇温させることができる。

ヒータ設置面１３１からは、気化ヘッド１６の押出方向（幅方向Ｘ）に沿って一対のヒータ係止部１３２が突出形成されている。このヒータ係止部１３２は、ヒータ設置面１３１から立ち上がる突出部１３３と、突出部１３３の先端に設けられたフランジ部１３４からなり、気化ヘッド１６の押出加工時に同時に形成されるものである。そして、突出部１３３の間にヒータ１２を嵌め込むことでヒータ１２が位置決めされて、さらにフランジ部１３４にヒータ押さえ金具１２１を引っ掛けて固定することで、ヒータ１２がヒータ設置面１３１に押し付けられて固定される。

ところで、ヒータ設置面１３１が歪んでいたり細かい凹凸があったりすると、ヒータ１２とヒータ設置面１３１の間に隙間ができてしまい加熱効率が低下してしまう。特にセラミックヒータはそれ自身に柔軟性がないため、歪みや凹凸の程度によっては取り付けの際にヒータ１２が破損してしまうおそれがあり、歪みや凹凸がある場合には仕上げ加工を行い表面を滑らかにしなくてはならない。しかし、押出加工で成形された表面は非常に滑らかであるため、ヒータ設置面１３１には仕上げ加工を施さなくてもヒータ１２とヒータ設置面１３１とを密着させることができる。

また、気化装置１の製造工程においてヒータ設置面１３１に異物が付着すると、ヒータ設置面１３１が滑らかであってもヒータ１２とヒータ設置面１３１の間に隙間ができて加熱効率が低下してしまう。そこで、ヒータ１２とヒータ設置面１３１との間に伝熱シート１５を挟み込むことで、異物が付着した際の隙間を防止している。伝熱シート１５の素材としては様々なものがあるが、熱伝導性が高く柔軟性のあるグラファイト系の伝熱シートが好ましい。

気化容器１４には送油パイプ４と接続された燃料吐出口１８が取付けられていて、この送油パイプ４は電磁ポンプ３を介して油受皿２に繋がっており、電磁ポンプ３を駆動することで送油パイプ４を通して油受皿２に貯められた液体燃料が気化容器１４に供給される。そして、気化容器１４の前面と背面にはノズルパイプ２１が貫通する貫通孔１４３、１４４が形成されている。

ノズル部２０は、気化容器１４に設けられた貫通孔１４３、１４４を貫通し、後端がプランジャー部３０に接続されている筒状のノズルパイプ２１から構成されている。このノズルパイプ２１の上部には気化容器１４内に連通する連通口２４が形成されるとともに、先端には噴出口２２が設けられており、気化容器１４で発生した気化ガスは、連通口２４からノズルパイプ２１内に流入し、噴出口２２よりバーナに向けて噴出される。

プランジャー部３０は、円筒部３１１と小径部３１２が深絞り加工により一体に形成された筒体３１と、ソレノイドコイル３２を備え、ソレノイドコイル３２の内部に筒体３１を貫通して構成される。また、この筒体３１の円筒部３１１には、後端に固定された固定片３４と、内部を摺動自在な可動片３３と、固定片３４と可動片３３の間に介在するスプリング３５が設けられている。ソレノイドコイル３２は通電されることで磁気力を発生し、この磁気力により可動片３３を吸引する。

固定片３４には小空間であるニゲ部３６が形成され、このニゲ部３６を通じて気化容器１４やノズルパイプ２１内に残留した気化ガスを油受皿２に戻すためのニゲパイプ５が接続されている。

可動片３３は、内部に固定片３４のニゲ部３６を閉塞するプランジャー弁３７が挿入固定されるとともに、ノズルパイプ２１側に向けてバルブロッド３８が取り付けられており、このバルブロッド３８は先細り形状をなしていてその先端にはノズルパイプ２１の噴出口２２を開閉する弁針３８１が形成されている。また、可動片３３はスプリング３５の付勢力により常時ノズルパイプ２１側に押圧されていて、これにより弁針３８１が噴出口２２を閉塞した状態となっている。

次に、上述の構成における気化装置の動作について説明する。

燃焼開始が指示されると、ヒータ１２への通電が行われ、ヒータ１２の発する熱はヒータ受熱部１３を介して伝熱され、気化容器１４の温度を上昇させる。気化容器１４の温度はサーミスタ（図示せず）により検知されており、気化容器１４が液体燃料を気化することのできる温度まで上昇すると電磁ポンプ３が始動して油受皿２内の液体燃料を汲み上げ、液体燃料は送油パイプ４を通過して燃料吐出口１８から気化容器１４内に供給される。気化容器１４内に供給された液体燃料は加熱されて気化し、気化ガスとなる。

気化容器１４で発生した気化ガスは気化容器１４内に拡散し、連通口２４からノズルパイプ２１内に流入する。ノズルパイプ２１は気化容器１４の熱により高温に維持されるので、ノズルパイプ２１に流入した気化ガスの温度を低下させないため、燃焼状態を良好に維持することができる。

そして、電磁ポンプ３の始動に相前後してソレノイドコイル３２に通電が行われ、ソレノイドコイル３２の磁気力により可動片３３が吸引されて固定片３４側に摺動する。可動片３３が摺動することでバルブロッド３８も固定片３４側に移動するため、バルブロッド３８の先端に設けられた弁針３８１が噴出口２２から離脱し、さらにプランジャー弁３７が固定片３４のニゲ部３６を閉塞するため、ノズルパイプ２１内に流入した気化ガスは噴出口２２よりバーナに向けて噴出される。

バーナで火炎が形成されると、熱回収部１１は火炎に晒されて燃焼熱を回収するので、熱回収部１１が火炎から回収した燃焼熱は、ヒータ受熱部１３を介して気化容器１４へ伝熱し、気化容器１４を加熱するようになる。

気化容器１４の温度は常時サーミスタにより検知されており、気化容器１４の温度が液体燃料の気化に適した温度となるようヒータ１２への通電が制御され、熱回収部１１が回収した熱により気化容器１４が十分に加熱される状態であれば、ヒータ１２への通電を停止する。これにより、燃焼中の消費電力を低減させることができる。

そして、燃焼停止の指示があると、ヒータ１２及び電磁ポンプ３への通電を停止させると同時にソレノイドコイル３２への通電を停止する。ソレノイドコイル３２への通電が停止されると、可動片３３はスプリング３５の付勢力によってノズルパイプ２１側に摺動して押圧されるので、バルブロッド３８も噴出口２２側へ移動して先端の弁針３８１が噴出口２２を閉塞するため、気化容器１４に残った気化ガスが噴出口２２から漏れ出すことが防止される。また同時に、プランジャー弁３７によって閉塞されていたニゲ部３６が開放されるので、気化容器１４やノズルパイプ２１内に残留する気化ガスはニゲ部３６からニゲパイプ５を通って油受皿２に戻される。

１気化装置
１０気化部
１１熱回収部
１２ヒータ
１３ヒータ受熱部
１４気化容器
１４１容器本体
１４２容器フタ
１４５開口部

Claims

火炎から燃焼熱を回収する熱回収部と、ヒータが取り付けられてヒータからの熱を受けるヒータ受熱部と、液体燃料を気化して気化ガスとする気化容器とからなり、液体燃料を加熱して気化ガスとする気化部を備えた気化装置であって、前記気化容器は閉じた空間を形成し、前記熱回収部とヒータ受熱部とが押出加工により一体形成されており、前記気化容器と前記ヒータ受熱部とを接合してなる気化部を有することを特徴とする気化装置。
前記気化容器は、開口部を有する容器本体と前記開口部を閉塞する容器フタからなり、前記容器本体と前記ヒータ受熱部とが接合されることを特徴とする請求項１記載の気化装置。
前記開口部は円形であることを特徴とする請求項２記載の気化装置。
前記熱回収部と前記ヒータ受熱部とが前記気化部の幅方向と同じ方向に押出されて形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の気化装置。
前記容器本体は有底筒状のプレス加工品であって、プレス加工時に前記気化部の幅方向と同じ方向に加圧されて形成されていることを特徴とする請求項４記載の気化装置。