JPH0124962B2 - - 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号において熱交換装置を出
願済みである。即ち、該熱交換装置２９は、第１
図に示す如く、罐体３２の内部に筒状の燃焼室３
３が形成され、該燃焼室３３に臨んで設けられた
送風管３５の内部に噴霧ノズル３４が設置され、
前記燃焼室３３内で且つ該噴霧ノズル３４の前方
位置に、保炎板３１を内部に備えた混合管３０
が、該混合管３０と前記送風管３５との間に燃焼
ガス流入口３６を形成し且つ該混合管３０の燃焼
炎延長中心線Ｇと前記燃焼室の長手中心線Ｈとが
直交するように設置されたものである。 しかし、前記熱交換装置２９では、混合管の燃
焼炎延長中心線Ｇと燃焼室３３の長手中心線Ｈと
を直交させてあるので、混合管３０から噴出した
燃焼ガス（図示省略）は、混合管３０と対向する
内周壁面３２ａ上へ吹付けられた後、内周壁面３
２ａの長手方向に沿つて排気側へ上昇するガス
と、内周壁面３２ａの周方向に沿つて流れるガス
とに分散される。内周壁面３２ａの周方向へ沿つ
て右回り及び左回りに分散されたガスは、混合管
３０が設置されている側の内周壁面３２ａ上で衝
突した後、混合管３０に吹引されたガスを除き内
周壁面３２ａの長手方向に沿つて排出側へ上昇す
る。このように、装置全体的にみれば、燃焼ガス
の大部分は、内周壁面３２ａの周方向への運動力
成分より内周壁面３２ａの長手方向への運動力成
分のほうが大きいので、燃焼ガスと内周壁面３２
ａとの接触移動距離が短くなり、燃焼ガスと伝熱
面である内周壁面３２ａとの接触を十分にとるこ
となく外部へ排出される。その結果、前記従来の
熱交換装置２９は熱交換率の低い欠点があつた。
更に、熱交換装置２９の設置場所の制限を受ける
等して筒状燃焼室３３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３０か
ら該混合管３０と対向する内周壁面３２a′に至る
距離を、該内周壁面３２a′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
記熱交換装置２９では、混合管３０の燃焼炎延長
中心線Ｇと前記燃焼室３３の長手中心線Ｈとを直
交させてあるので、混合管３０から該混合管３０
と対向する内周壁面３２a′に至る距離が最短距離
となるため筒状燃焼室３３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もあつた。 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、燃焼ガスと伝熱面である内周
壁面との接触を十分にとつて熱交換効率を向上さ
せ、且つ局所加熱を発生させることなく筒状燃焼
室の内径を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、本発明を図示に示す実施例に基づいて説
明する。第２図及び第３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、混合管２０を経て噴
出される燃焼炎の延長中心線Ｂが、混合管２０側
から混合管２０と対向する側へ行くほど燃焼室３
の排気側（図示実施例では上方側）へ変位する如
き適宜傾斜角度θで燃焼室３の縦中心線Ａと交差
する傾斜断面Ｃに沿うように、混合管２０の姿勢
を位置づけ、且つ混合管２０の燃焼炎延長中心線
Ｂが該縦中心線Ａに対して適宜寸法Ｄだけ燃焼室
３の外側寄りへ偏心するようになされている点で
ある。罐体２は、外周壁２ｂと内周壁２ａ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。前記燃焼室３内で且つ後述す
る送風管１０の前面位置には、所定間隙Ｗ（例え
ば、15mm）をもつて混合管２０が、燃焼室３の中
心部を通り排気側（図示実施例では上方）へ延び
る縦中心線Ａと適宜傾斜角度θ（例えば、45乃至
60度）で交差する傾斜断面Ｃに沿うように燃焼炎
延長中心線Ｂを位置させ、且つ燃焼炎延長中心線
Ｂを該縦中心線Ａに対して適宜寸法Ｄ（例えば、
燃焼室３の半径の1/3乃至1/2）だけ燃焼室３の外
側寄りへ偏心させて設置されている。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４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
らなる副保炎筒１９が接置され、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１
７、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１０に脚２２，２２…
で懸架されている。なお、前記保炎筒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１
５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２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２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２
５は燃焼筒、２４は排気煙突、２６は給水口、２
７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、第３図に示す如く、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の縦中心線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
その一部分が罐体２の内周壁面２a′に沿つて矢符
Ｆに流れ、水室２ｃ内の水と熱交換を行いつつ循
環流入口１６に至る。そして、燃焼ガスは、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２０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。他方、矢符Ｅ方向へ分
散した燃焼ガスは、燃焼ガスの有する運動エネル
ギーにより罐体２の内周壁面２a′の周方向に沿つ
て螺旋状に循環しながら上方へ流れ、内周壁面２
a′と長時間接触する間に水室２Ｃ内の水と熱交換
を十分に行いつつ燃焼筒２５及び排気煙突２４を
介して外部へ排出される。前記混合管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。 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。 混合管の燃焼炎延長中心線が燃焼室の縦中心
線に対して適宜寸法だけ燃焼室の外側寄りへ偏
心するように向けられているので、燃焼ガスの
大部分が罐体の内周壁面の周方向に沿つて螺旋
状に循環しながら上方へ流れ、内周壁面と長時
間接触する間に熱交換を十分に行つた後、外部
へ排出されるから熱交換効率を向上させること
が出来る。 混合管を経て噴出される燃焼炎の延長中心線
が、混合管側から混合管と対向する側へ行くほ
ど燃焼室の排気側へ変位する如き適宜傾斜角度
で前記燃焼室の縦中心線と交差する傾斜断面に
沿うように位置づけられているので、混合管か
ら該混合管と対向する内周壁に至る距離を、従
来の両中心線が直交する熱交換装置に比べて長
くすることが出来るから、燃焼室の内径を大き
くすることなく混合管の燃焼炎中心線を燃焼室
の縦中心線に対して偏心させることが可能とな
り、小径化する要請に対応することが可能とな
る。 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。 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図は従来の熱交換装置の横断面図、第２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３図は同上の横断面図、第４図は混合管及
び送風管等を示す部分切欠き斜視図である。 ２…罐体、３…燃焼室、８…噴霧ノズル、１０
…送風管、１６…循環流入口、２０…混合管、Ａ
…縦中心線、Ｂ…燃焼炎延長中心線、Ｃ…傾斜断
面。

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縦中心線とが適宜傾
   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てあり、且つ前
   記混合管の設置姿勢は、前記縦中心線に対して適
   宜寸法だけ燃焼室の外側寄りへ偏心し、燃焼ガス
   を燃焼室内壁へ螺旋状に接触させて排気するよう
   になされていることを特徴とする熱交換装置。