JPH0124961B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は噴霧ノズルの前方に設けた混合管へ燃
焼ガスを循環させて空気と燃料の混合体をガス化
燃焼させるようにした燃焼装置を備えてなる熱交
換装置に関する。 従来、石油給湯機等の燃焼装置には、ガンタイ
プバーナーと称するものがある。これは、送風機
より送り出される新鮮空気と、電磁ポンプ等で加
圧されて噴霧ノズルから噴出される霧状燃料の混
合霧を、高圧電気放電等にて着火し、燃焼させる
ものである。ところが、この従来のものでは、混
合霧中の空気量が多い黄炎燃焼となり、燃焼効率
が悪いと共に、黄炎燃焼により発生したカーボン
粒子が罐体内部の伝熱面に付着して熱交換効率を
低下させ、更に炎の振動による燃焼音が大きいと
いう欠点があつた。 また最近では、省エネルギー及び環境上の観点
から高燃焼効率化、低騒音化及び清浄排ガス化の
要求があり、燃料油をガス化させて青炎燃焼させ
る、所謂ロータリーガス化バーナあるいはヒータ
ーガス化式バーナといつたものが開発されてい
る。ところが、前者のものは着火の立上がり時と
消火時に、燃料油のガス化が不十分となつて臭気
が発生するという欠点があつた。また後者のもの
はヒーターの予熱に長時間を必要とするため、使
用上の不便さがあり、しかもヒーターのコントロ
ール等に複雑な制御を要する欠点があつた。更
に、両者は燃料油のガス化構造が複雑で、保守点
検に際し、特殊な技能を必要とする欠点があつ
た。 本願出願人は上述の欠点を解決するものとし
て、特願昭57−83799号において、罐体の内部に
筒状の燃焼室が形成され、該燃焼室に臨んで設け
られた送風管の内部に噴霧ノズルが設置され、前
記燃焼室内で且つ該噴霧ノズルの前方位置に、保
炎板を内部に備えた混合管が、該混合管と前記送
風管との間に燃焼ガス流入口を形成し且つ該混合
管の燃焼炎延長中心線と前記燃焼室の長手中心線
とが直交するように設置された熱交換装置を出願
済みである。 ところで、熱交換装置を設置する場所の制限を
受ける等して筒状燃焼室の内径を小径にする必要
があるときは、燃焼炎の始端部となる混合管から
該混合管と対向する罐体内周壁面に至る距離を、
該罐体内周壁面に局所加熱が発生しないだけの所
定距離にする必要がある。しかし、前記特願昭57
−83799号に係る熱交換装置では、混合管の燃焼
炎延長中心線と前記燃焼室の長手中心線とを直交
させてあるので、混合管から該混合管と対向する
罐体内周壁面に至る距離が最短距離となるため筒
状燃焼室の小径化に対して制限を受け、斯る要請
を満足出来ない場合があつた。 本発明は、従来の前記欠点に鑑み、本出願人が
先に出願した前記未公知の燃焼装置に関する技術
を更に改良し、高燃焼効率、低騒音且つ清浄排ガ
スを維持させつつ局所加熱を発生させることなく
筒状燃焼室の内径を従来の熱交換装置より小径に
することが出来る熱交換装置の提供を目的とす
る。 以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説
明する。第１図は本発明の実施例の熱交換装置１
を示すものである。該熱交換装置１の主たる改良
点となつたのは、保炎板１７を内蔵した混合管２
０の燃焼炎の延長中心線Ｂが筒状の燃焼室３の長
手中心線Ａと適且傾斜角θで交差するようにして
ある点である。罐体２は、外周壁2bと内周壁２
ａとの間に水室２ｃを形成した二重管構造からな
り、内周壁２ａで囲まれた断面円形状、断面多角
形状等の適宜断面形状からなる筒状の燃焼室３が
形成されている。該罐体２の外周は保温材５で覆
われている。なお、前記罐体２は、前記二重管構
造に限定するものではなく、図示省略したが、長
尺小径パイプを螺旋状に巻付ける等して内部に燃
焼室を形成した構造とすることも勿論可能であ
り、燃焼室を形成する内周壁面が熱交換用の伝熱
面であればその構造は問わない。前記熱焼室３内
で且つ後述する送風管１０の先端前方の位置に
は、所定間隙Ｗ（例えば、15mm）をもつて混合管
２０を、該混合管２０の燃焼炎延長中心線Ｂが燃
焼室３の排気側（図示実施例では上方）へ傾斜し
た状態で燃焼室３の長手中心線Ａと適宜傾斜角度
θ（例えば、45乃至60度）で交差するように設置
してある。この間隙Ｗにより、混合管２０と送風
筒１０との間には、循環ガスの流入口（以下、循
環流入口という）１６が前記燃焼室３を形成する
罐体２の内周壁２ａ近傍に形成されている。前記
混合管２０を有する多重管構造の保炎部１５は、
第２図に示す如く、その中心寄りにステンレス鋼
製パンチングメタル等からなる保炎板１７が設置
されており、その外周に下流方向へ拡開するテー
パーコーン状の保炎筒１８が設置されている。そ
して、この保炎筒１８の外周にはステンレス鋼製
パンチングメタル等からなる幅保炎筒１９が設置
され、更に、これの外周には混合管２０が設置さ
れている。該保炎板１７、保炎筒１８、副保炎筒
１９及び混合管２０は、支持脚２１，２１…によ
り連結されていると共に、混合管２０が送風管１
０に脚２２，２２…で懸架されている。なお、前
記保炎管１８及び副保炎筒１９は必要に応じて設
置されるものであり、必ず必要とするものではな
い。前記保炎部１５の後方には、前記燃焼炎延長
中心線Ｂと略々同芯で噴霧ノズル８が設置されて
おり、油圧ポンプ７（第１図参照）で加圧された
燃料油を霧状の微粒子にして噴出するように構成
されている。該噴霧ノズル８の外周には、送風機
９（第１図参照）で起風された新鮮空気を前記混
合管２０へ噴出するための送風管１０が設置され
ている。該送風管１０の先端開口部には、高速空
気噴出板１１が必要に応じて設置される。この噴
出板１１は、霧状燃料と新鮮空気を噴出する中央
噴出孔１２と、その中心から所定距離をもつて適
宜周ピツチに穿設された複数個の空気噴出孔１３
とを有している。この空気噴出孔１３は、それぞ
れが周方向に所定角度傾斜しており、噴出空気に
旋回流を起こして燃料粒子を更に微細化すると共
に、霧状燃料と新鮮空気の混合を均一に分布せし
めるようにしている。１４は、噴霧ノズル８の先
端近傍で高圧電気によるスパークを発生させ、噴
出された燃料油の微粒子に点火を行なう電極棒で
ある。第１図中２５は燃焼筒、２４は排気煙突、
２６は給水口、２７は給湯口である。 次に、以上のように構成された熱交換装置１の
動作を、被熱交換流体を水とし、燃料油を灯油と
し、更に供給灯油量と供給新鮮空気量を一定とし
たときに基づいて説明する。 噴霧ノズル８より噴出された霧状の灯油粒子
は、電極棒１６のスパークによつて点火され、最
初のうちは、噴出板１１の先端近傍で黄炎燃焼を
始める。この状態では、空気が過剰である。その
後、この燃焼炎は次第に噴霧方向へ移動し、副保
炎筒１９に伝播され、更に保炎板１７に移動し、
この保炎板１７に至る途中で整流されて、該保炎
板１７で安定し、保炎筒１８に案内されて定常燃
焼が維持される。このように副保炎筒１９は、燃
焼炎が保炎板１７へ移動するに際し、その伝播を
スムーズにさせる働きをする。なお、噴出板１
１、保炎筒１８及び副保炎筒１９を設置していな
いときは、保炎板１７近傍でのスパーク点火によ
つて、保炎板１７で安定燃焼が開始維持される。 燃焼ガスは、燃焼炎延長中心線Ｂと罐体２の内
周壁２ａとの交差点の周囲へ吹付けられる。ここ
において、燃焼炎が前記中心線Ｂと罐体２の内周
壁面２a′との交差点へ到達するまでの距離は、混
合管２０の設置姿勢を前記中心線Ｂと燃焼室３の
長手中心線Ａとの交差角がθとなるべく設定して
いるので、これらの線Ａ，Ｂを直交すべく配置し
た本出願人が先に出願した特願昭57−83799号に
係る熱交換装置の場合よりも極めて長くすること
が可能である。それ故、その分だけ燃焼室３の内
径を小径にすることができ、小径にした場合であ
つても燃焼炎が罐体内周壁２ａへ直接接触する等
して該罐体内周壁２ａを局部的に加熱する等の問
題は起こらない。 而して、前記混合管２０から噴射された燃焼ガ
スは、該燃焼ガスの有する運動エネルギーにより
その一部が罐体２の内周壁面２a′に沿つて流れ、
水室２ｃ内の水と熱交換を行いつつ循環流入口１
６に至る。そして、燃焼ガスの一部は、間隙Ｗを
送風管１０から混合管２０へ高速状態で通過する
旋回空気流によつて発生する負圧により混合管２
０内へ強制吸引され、灯油粒子と新鮮空気の混合
霧へ瞬時に混和する。また燃焼ガスの残りの一部
は、罐体２の内周壁面２a′に沿つて上方へ流れ、
水室２ｃ内の水と熱交換を行いつつ燃焼筒２５及
び排気煙突２４を介して外部へ排出される。混合
管２０内に吸引された循環燃焼ガスは、旋回空気
流によつて非常に微細化された灯油粒子と新鮮空
気との混合霧を暖め、灯油粒子を瞬時にガス化若
しくはこれに近い状態にする。このため、燃焼状
態は、ガス化燃焼若しくはこれに近い状態とな
り、保炎板１７からの青炎燃焼が得られる。即
ち、灯油粒子と新鮮空気と循環燃焼ガスの三者が
混合管２０内で混和された後に整流され、過剰空
気で燃焼していたものが理論空気比に近い、しか
も整流された理想の燃焼となる。したがつて、燃
焼音は低く熱交換率に優れた燃焼が得られる。以
後はこの青炎燃焼が維持される。 而して、上述の青炎燃焼を得るためには、新鮮
空気と灯油粒子の混合霧に燃焼ガスを適当量だけ
混合させることが必要であり、循環流入口１６に
発生する負圧（吸引作用）の大きさが問題にな
る。そこで、本実施例では、上記負圧に最も影響
を与える噴出空気の流速を変えて実験を行つた結
果、理想の空気比に必要な燃焼ガス量を吸引する
に足る流速を設定するに到つた。噴出空気の流速
に影響を及ぼす因子は、送風機９の出力及び送風
管１０の内径（この場合、直径を80mm）を一定と
すると、中央噴出孔１２と空気噴出孔１３の孔径
及び両噴出孔１２と１３の面積比である。なお、
空気噴出孔１３の数及び中央噴出孔１２と空気噴
出孔１３の距離は、噴出空気の流速にはほとんど
影響を与えず、無視できるものである。ただし、
両噴出孔１２と１３間の距離は、それが最適値を
越えると、灯油粒子と空気の良好な混合が得られ
なくなる。送風管１０の直径を80mmとした本実施
例（燃焼出力が35000Kcal／Hr）の場合は、中
央噴出孔１２と空気噴出孔１３の距離は32mmが適
当であつた。 表―１及び表―２は、噴出孔１２，１３の孔径
と噴出孔１２，１３から自然大気中へ噴出したと
きの空気流速及び供給空気量との関係を示す実験
結果である。

【表】 表―１から明らかなように、空気噴出孔１３の
孔径を小さくすれば、噴出空気の流速は速くな
り、循環流入口１６で発生する負圧は大きくな
る。ところが、供給空気量は空気噴出孔１３の径
が小さくなると減少する傾向にある。このため、
供給空気量が十分にとれ、且つ流速の速い孔の直
径としては８mmが必要である。

【表】 但し、上記孔１２の開口率とは、中央噴出孔１
２の開口面積を中央噴出孔１２及び空気噴出孔１
３の開口面積の総和で除した値に100を乗した値
である。 また、表―２から明らかなように、中央噴出孔
１２もその孔径を小さくすれば流速は速くなる
が、供給空気量は少なくなる。しかも、中央噴出
孔１２と空気噴出孔１３の全体の開口面積に対す
る中央噴出孔１２の開口面積の割合は、空気量に
比例した値を取る。そこで供給空気量と、噴出空
気流速のバランスを考慮すれず、中央噴出孔１２
の直径は、18乃至20mmが最適である。 中央噴出孔１２の直径を18mm、空気噴出孔１３
の直径を８mm、空気噴出孔１３の直径を８mm、送
風管１０の直径を80mmとして、実際の空気流速を
測定したところ21ｍ／secであつた。参考までに、
従来市販されている燃焼装置の空気流速は、通常
12.5ｍ／sec程度であつた。 要するに、保炎部１５は、混合管２０内におい
て、灯油粒子を循環燃焼ガスで暖めることによ
り、ガス化若しくはこれに近い状態にすると共
に、空気と灯油粒子の混合霧に燃焼ガスを加えて
理論空気比に近い空気比で青炎燃焼させているの
で、一定量の燃料に対する発生熱量が多く、優れ
た熱効率が得られる。更には、整流された青炎燃
焼であるため、燃焼音も低いという利点もある。 第３図は、本発明の別態様の実施例を示すもの
であつて、前記第１図に示す実施例と異る所は、
混合管２０′の燃焼炎延長中心線B′が燃焼室３′
の排気側と反対方向側（図示実施例では下方）へ
傾斜した状態で燃焼室３′の長手中心線A′と適宜
角度θ′（例えば、45乃至60度）で交差するように
した点である。このように、前記燃焼炎延長中心
線B′が排気側と反対方向になるように、燃焼室
３′の長手中心線A′と角度θ′を以て交差させた場
合も、前記第１図及び第２図に示す実施例の場合
と同じように、燃焼ガスが罐体内周壁２ａへ到達
するまでの距離を長くすることができ、その分だ
け燃焼室３′の内径を小径にすることが可能であ
る。 以上説明したように本発明に係る熱交換装置
は、次の如き優れた効果を有する。 混合管を経て噴出される燃焼炎の延長中心線
と前記燃焼室の長手中心線とが適宜傾斜角で交
差するように、混合管の姿勢を位置づけてある
ので、混合管から該混合管と対向する罐体の内
周壁面に至る距離を、従来の両中心線が直交す
る熱交換装置に比べて長くすることが出来、燃
焼室を小径化する要請に対応することが可能と
なる（例えば、35000Kcal／Hrの灯油給湯機
において、従来は燃焼室の内径が350mm以上必
要であつたものが、混合管の燃焼炎延長中心線
と燃焼室の長手中心線との傾斜角θ＝60度とし
たときには、250mmまで小径化することが可
能）。 また、燃焼ガスを混合管に循環させて燃料粒
子を暖めることにより、ガス化若しくはこれに
近い状態にすると共に、新鮮空気と燃料粒子と
の混合物に燃焼ガスを加えて理論空気比に近い
空気比で燃焼させることにより、青炎燃焼させ
ることができ、一定量の燃料に対する発生熱量
が多く、装置の熱効率に優れている。 更には、燃焼炎が定常の青炎であることと、
混合管による整流効果により、燃焼音が低いと
いう利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る熱交換装置の実施例を示
す縦断面図、第２図は混合管及び送風管等を示す
部分切欠き斜視図、第３図は本発明に係る熱交換
装置の別態様の実施例を示す縦断面図である。 ２…罐体、３，３′…燃焼室、８…噴霧ノズル、
１０…送風管、１６…循環流入口、２０，２０′
…混合管、Ａ，A′…長手中心線、Ｂ，B′…燃焼
炎延長中心線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 円筒状罐体内に形成された筒状の燃焼室に臨
   んで先端を開口させた燃焼用空気の送風管と、該
   送風管の先端開口部を覆うべく配設され、中央噴
   出孔及び円周部の空気噴出孔を有する高速空気噴
   出板と、前記送風管の内部に配設された噴霧ノズ
   ル及び点火用電極と、前記送風管の先端開口より
   噴霧方向前方にあつて、この送風管と軸芯を一致
   させるようにして連結配置されたテーパーコーン
   状の混合管と、該混合管の中心部にあつて前記噴
   霧ノズルの噴霧方向に正対面して設けられた多孔
   若しくは網目状の保炎板とを備え、前記送風管と
   混合管との連結部には、円筒状の燃焼室内壁に沿
   つて循環する燃焼ガスを混合管の後端開口へ流入
   できる大きさの環状流入口が設けられている燃焼
   装置を有する熱交換装置において、前記混合管の
   設置姿勢は、この混合管を経て噴出される燃焼炎
   の延長中心線と前記燃焼室の長手中心線とが適宜
   傾斜角で交差し、燃焼炎が直接燃焼室内壁へ接触
   して局部加熱が行われないようにしたことを特徴
   とする熱交換装置。