JPH0211805B2

JPH0211805B2 -

Info

Publication number: JPH0211805B2
Application number: JP59101565A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kobayashi; Mikio Sawai; Tetsuro Nakamatsu
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 1984-05-18
Filing date: 1984-05-18
Publication date: 1990-03-15
Also published as: JPS60245915A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は家庭用の給湯機ボイラー等に使用する
ガンタイプ式の液体燃料気化式バーナー、特に出
力範囲が23000乃至57000Kcal／Ｈのバーナーに
関する。

（従来の技術）灯油の燃焼はその様態により青炎と白炎の二つ
に大別され、十分酸素をふくむ予混合火炎では青
炎となり、拡散火炎では白炎（輝炎）となる。燃
焼の過程は第４図に示すフローチヤートのような
ものであると推定される。

第４図のフローチヤートでわかるように、両燃
焼の違いは酸素の拡散の仕方で生じているが、こ
の酸素の拡散に影響を及ぼす因子として次のもの
がある。

燃焼用空気量（即ち酸素量）燃料の質量流れの乱れ青炎燃焼を行う為には、燃焼用空気量が十分多
いか、燃料の質量が小さい（即ち噴霧燃料の場合
には微粒化がよくて油滴の大きさが小さい）か、
あるいは、流れの乱れが大きく燃料と酸素との混
合が十分に行われる必要がある。

ところが、一般の灯油燃焼の場合によく用いら
れるガンタイプバーナーの燃焼の場合には、上記
の条件を満したとしても青炎燃焼をさせることは
難しい。これは、一般のガンタイプバーナーにお
いては噴霧燃料ノズルの直後に火炎保持体が設置
され、この部分で安定な炎が形成され、後続の燃
料への着火源となる為、第３図で示された燃焼の
各段階が同時に進行し、噴霧された油滴は質量の
軽い完全なガス体に熱分解される以前に、油滴の
周囲において着火し、同心の拡散火炎球に囲まれ
て燃焼する。この為、酸素の拡散が不十分であ
り、青炎とはならずに白炎燃焼となるものであ
る。

白炎燃焼（拡散燃焼）においては、酸素の拡散
は、拡散火炎球の火炎を通り内部の油滴表面の上
記層への拡散であり、又、燃料と空気の混合は燃
料が油滴形態であり質量が大きい為、流れの大き
な乱れ、あるいは過剰の空気量により促進してや
る必要がある。この為、白炎燃焼バーナーは流れ
の大きな乱れを発生させる為の方策（例えば最大
衝撃流の発生）を採用し、又、過剰な空気量の供
給が必要となる。

白炎燃焼においては、コロイド状炭素の酸化反
応が起こるが、この際、酸素の拡散が不十分であ
ると、このコロイド状炭素は、煤となつて排出さ
れる。このような酸素の拡散の不十分さは酸素量
が十分であつても、局部的な混合の不良により起
こる可能性がある。

又、酸素の拡散の不十分さにより、酸化中間生
成物（多くの場合、一酸化炭素）の排出が起こ
る。

以上二つの燃焼排出物の含有量の増大は、空気
過剰率を下げた場合に顕著に表われ、この理由に
より拡散燃焼においてはある一定の空気過剰率以
下にすることは難しかつた。

白炎燃焼においては混合の促進の為、流れの大
きな乱れを発生させることが必要であるが、これ
が燃焼中の拡散火炎球を含む流れの乱れである
為、音が大きく、白炎燃焼の際の燃焼騒音の主な
原因となつていた。又、完全燃焼をさせる為、流
れの乱れを大きくすればする程、音は大きくなる
という欠点を有していた。又、このような乱れの
発生の為に火炎保持体の後方の流路を絞る方法を
執ることが普通であるが、こうすると火炎は一部
開口部を持つ狭い空間で形成されることになるの
で、音は大きくなる。

一方、青炎燃焼においては、酸素の拡散は蒸発
したガス状燃料との拡散である為、拡散し易く、
流れの大きな乱れや過剰の空気量の必要性が少な
い。

この為、青炎燃焼においては空気過剰率をほぼ
理論比近くまで下げることが可能である。

青炎においては、コロイド状炭素の生成割合が
小さく、又、ガス状燃料と酸素との拡散、混合が
良い為、空気過剰率を下げても煤、及び一酸化炭
素の排出が少なく完全燃焼に近い燃焼をすること
が可能である。

このように空気過剰率を下げて理論燃焼空気量
に近いところでの燃焼が可能であり、又混合が良
い為、燃焼域が狭くなるので火炎の温度は断熱火
炎温度に近くなり高温化することになる。

青炎燃焼は、混合が完了した後で燃焼する為、
音が静かであり、又、開放端における炎の形成と
なるので、音が静かになる。

以上のように液体燃料気化式バーナーの燃焼方
式としては青炎燃焼の方が白炎燃焼より明らかに
優れている。

（発明が解決しようとする問題点）而して、本発明は液体燃料気化式バーナー、特
に出力範囲が23000乃至57000Kcalのバーナーに
おいて如何にして完全な青炎燃焼を達成するかを
命題とし、ノズル域、燃焼空気流域、燃料気化
域、混合域と燃焼域、高温燃焼ガス循環域の分離
を完全に行うことにより、該ノズル域のノズルか
ら噴霧された油滴をまず燃料気化域において油滴
の状態で着火することなしに、循環域を通つて吸
引された高温燃焼ガスによる熱で気化してガス状
となし、その後、混合域において上記ガス状とな
つた燃料を空気と混合して、その後に燃焼域で安
定に着火するようになすものであるが、完全な青
炎燃焼をさせる為には、酸素の拡散（即ち混合）
以外にノズル域、燃焼空気流域、燃料気化域と混
合域と、燃焼域、高温燃焼ガス循環域の分離が必
要である。

然る処、このようなノズル域、燃焼空気流域、
燃料気化域、混合域と燃焼域、高温燃焼ガス循環
域の分離の為には、燃料気化域において混合及び
炎の形成があつてはならないし、又、混合域にお
いて、炎の形成があつてはならない。

而して、本発明が解決しようとする問題点は、
燃料気化域における酸素不足の高温燃料気化体
と、酸素過剰の燃料不足混気体の混合の防止及び
混合域における炎の形成の防止を計かり、ノズル
域、燃焼空気流域、燃料気化域、混合域、燃焼
域、高温燃焼ガス循環域を完全に分離することで
ある。

（問題点を解決するための手段）上記、問題を解決するために本発明が講ずる技
術手段は出力23000乃至57000Kcal／Ｈのガンタ
イプの液体燃料気化式バーナーであつて、燃料噴
霧ノズルと、燃料噴霧ノズル周辺に該ノズルを囲
んでこれと同軸に設けられた空気吹出口と、吸水
性を有する多孔質セラミツク製で、後部に開口し
た円筒部を有すると共に該円筒部前端に連続して
前方へ上記ノズルの噴霧角度より稍狭い角度で拡
開して開口する円筒状の拡開部を有し、燃料噴霧
ノズルの前方に該ノズルの燃料噴霧区域を囲んで
上記ノズル及び空気吹出口と同軸に設けられたバ
ーナーコーンと、吸水性を有する多孔質セラミツ
ク製で、底面を開口すると共に周面部に適宜数の
小孔を穿設した中空の円錐状又は半球状に形成
し、バーナーコーン前端の開口部に凸面をバーナ
ーコーン内部に向け、その外周面と上記開口部口
縁との間に環状の間隙を設けてバーナーコーンと
同軸に設けられた整流板とを備え、上記バーナー
コーン前端の開口部径を約104mmに、整流板の開
口部径を約90mmに、整流板の小孔の径を６mmとし
て、整流板外周面とバーナーコーン前端の開口部
との間に形成される間隙の面積と、整流板の小孔
の総面積の和を1540mm²乃至6670mm²とするものであ
る。

（作用）而して、本発明バーナーの作用は、燃料噴霧ノ
ズルから噴霧された油滴が、空気吹出口からの空
気の吹出しに伴う吸引作用によりバーナーコーン
の円筒部の開口から吸込まれる高温循環ガスによ
り加熱されたバーナーコーン及び整流板内面に到
達し、一担セラミツク面に吸入保持された後、上
記バーナーコーン及び整流板の熱により瞬時に気
化して一次気化燃料体となる。

またバーナーコーン及び整流板内面に到達しな
い細かい油滴のうちで燃料気化域に達したもので
高温循環ガスの熱で気化して二次気化燃料体とな
る。

この気化燃料と高温燃焼ガス循環域を通つて吸
引された高温循環ガスがバーナーコーン内面に沿
つて流れ、該面近傍は燃焼下限界以下の酸素濃度
となる。即ちバーナーコーン内面近傍には酸素不
足層が形成され、これにより燃料気化域における
炎の形成が防止される。

一方、バーナーコーンの中心部分には空気吹出
口から吹出された空気が流れる燃焼空気気流域で
あり、ここには整流板に当つて気化した一次気化
燃料体及び空気流に巻き込まれた１部油滴とが混
入されているがそれらの燃料の量は極めて少く燃
焼下限界以下の濃度となる。即ち燃焼空気流域は
酸素過剰域が形成されて炎の形成が防止される。

そして、この際、バーナーコーン及び整流板の
形状及びバーナーコーンの前端開口部と整流板外
周面との間に形成される環状の間隙と整流板の小
孔、即ちバーナーコーンの実質的出口面積に基づ
く火炎の伝播速度と混合気の釣合いにより混合域
における炎の形成が防止され、整流板端部及び整
流板の小孔部分で着火する。

即ち、バーナーコーン中心部の燃焼空気流域に
は空気が流れ、コーン壁面付近の燃料気化域にお
いては高速の空気流により吸込まれた酸素不足の
燃焼ガスと、コーンの熱によりガス化した燃料ガ
スが流れ、この二つの互いに可燃限界に入らない
流れはバーナーコーン内部では混合せず、整流板
とバーナーコーン出口の絞り部において初めて両
者が混合し、その後バーナーコーン前端及び整流
板部分からなる燃焼域で安定した炎が形成され
る。

従つて、ノズル域、燃焼空気域、燃料気化域、
混合域、燃焼域、高温燃焼ガス循環域の分離が完
全に行なわれることになり、完全な青炎燃焼が得
られる。

（実施例）以下、本発明の実施の一例を図に基づいて説明
する。

第１図は本発明バーナーを搭載した給湯機の要
部の縦断面図である。

この図示例の場合給湯機Ｂに搭載されるバーナ
ーＡは出力が35000Kcal／Ｈで円筒状の燃焼室２
の周壁部に設けた熱交換器フランジパイプ１０部
分に設けられて燃焼室２内に臨んでいる。

バーナーＡは、燃料噴霧ノズル３と燃料噴霧ノ
ズル３周辺に該ノズル３を囲んで設けられる空気
吹出口４と、燃料噴霧ノズル３の燃料噴霧域を囲
んで設けられるバーナーコーン６と、バーナーコ
ーン６の出口部に設けられる整流板８と、整流板
８の前方に設けられる保炎リング９を備えてい
る。

空気吹出口４は熱交換器フランジパイプ１０か
ら燃焼室２の軸方向に対して直交方向に開口する
ストレートな円筒状に形成され、後部を燃焼室２
外部において送風機１１の風道１２に連絡する。

また空気吹出口４内にはノズルホルダー１が同
軸に設けられており、該ノズルホルダー１に保持
された燃料噴霧ノズル３の先端が空気吹出口４の
前端開口部から後述のバーナーコーン６中心に臨
んでいる。

この空気吹出口４は〓37≦内径≦〓48、長さ／内
径＞0.5、長さ＞20mmでなければならず、この実
施例においては内径を40〓、全長を55mmに形成し
ている。

尚、ノズルホルダー１の径は21〓である。

また送風機１１により空気吹出口４から吹出さ
れる空気に関しては、風量0.5乃至1.3Nm³／ｍ、
19ｍ／sec≧吹出速度≧10ｍ／secでなければなら
ず、この実施例においては風量が0.8Nm³／ｍ、
吹出速度16ｍ／secに設定されている。

燃料噴霧ノズル３は従来周知の構造形態を有す
る噴霧角度が60゜のノズルであり、後部がノズル
ホルダー１を軸方向に挿通する送油管１３を介し
て給油源１４に連絡する。

送油管１３は中途部に電磁ポンプ１５を備えて
おり、該電磁ポンプ１５の作動によりノズル３か
ら噴霧される油量は4.3／Ｈに設定されている。

尚、上記油量は2.6乃至7.0／Ｈであることが
必要である。

バーナーコーン６は図示形状、即ち、後部にス
トレートなあるいは、わずかにテーパーのある円
筒部６ａが形成されると共に該円筒部６ａの前端
に連続して前方へ拡開状に延びる円錐状の拡開部
６ｂが形成されており、適当な保持部材１７によ
り保持せしめて空気吹出口４の前方に、該空気吹
出口４との間に空隙５を存して上記燃料噴霧ノズ
ル３と同軸に設けられる。

バーナーコーン６は、円筒部内径＞48〓、円筒
部内径／空気吹出口内径＞1.3、空気吹出口通路
面積／（円筒部断面積−空気吹出口断面積）＜１、
円筒部断面積−空気吹出口断面積＞0.00077m²で
なければならず、本実施例では円筒部内径が63〓、
円筒部断面積−空気吹出口断面積＝0.00173m²に
形成されている。

またバーナーコーン６は全長が100ｍ／ｍで拡
開部６ｂが30゜の拡開角度で前方に拡開し、その
前端部が104〓の内径を有しており、その後端と空
気吹出口４前端との間の間隙５は20ｍ／ｍの幅を
有している。

上記バーナーコーン６後端の開口部と空気吹出
口４との間の空隙５は、空気吹出口４からの高速
な空気吹出により周辺に生ずる負圧を利用して燃
焼室２内の高温燃焼ガスをバーナーコーン６内に
吸引する吸引口部５を構成するものである。

整流板８は底面を開口した円錐状又は半球状に
形成して、凸面をバーナーコーン６側に向けて、
その大部分をバーナーコーン６内に挿入した状態
でバーナーコーン６と同軸に設け、その外周とバ
ーナーコーン６出口部との間に環状の間隙１８を
形成する。

この整流板８は全長が45ｍ／ｍに形成されると
共に開口部径が90〓に形成されており、その頂部
が空気吹出口４前端から82ｍ／ｍの位置なるよう
にバーナーコーン６出口部に挿入配備され、その
前端部がバーナーコーン６前端から７ｍ／ｍだけ
前方へ突出する。

また整流板８にはその中心部を除いた位置に、
6〓の小孔７が36個開穿されている。

そして、この整流板８とバーナーコーン６によ
りバーナーコーン６出口部に形成される上記環状
の間隙１８は、即ちバーナーコーン６の実質的出
口は間隙面積／｛空気吹出口の通路面積＋（バー
ナーコーン円筒部断面積−空気吹出口断面積）｝＞
１であることが望ましく、これは間隙面積＞1540
mm²であることが望ましいということである。ま
た、バーナーコーン６出口部におけるバツクフア
イヤー防止のために1540mm²＜間隙面積＜6670mm²で
ある必要があり、本実施例の場合36個の小孔７を
含めて4100mm²に形成されている。

尚、小孔７は環状の間隙１８、即ち実質的なバ
ーナーコーン１８出口の上記条件を満足する限
り、その数や径を若干増減することが可能であ
る。

上記、バーナーコーン６と整流板８はけい素42
％、窒化けい素18％、粘土40％を原料とする多孔
質セラミツク製であり、気孔率30％に形成されて
いる。

尚、上記バーナーコーン６の気孔率は50乃至20
％の範囲内において変更可能である。

保炎リング７は耐熱性に優れた金属にて断面形
状が略Ｖ字型又はＵ字型の環状体に形成して、凸
面を整流板６及びバーナーコーン５側に向けて整
流板６の前方に設けられる。

上記保炎リング９は外径が130〓、内径がバーナ
ーコーン６出口部の径と同径、即ち104〓で、長さ
が15ｍ／ｍに形成されており、後端がバーナーコ
ーン６前端から12ｍ／ｍの間隔をおいて整流板８
の前方に位置する。

尚、図中１９はイグナイターで、燃料噴霧ノズ
ル３に近接する位置で、空気吹出口４からの空気
の流れを阻害しない位置に１対設けられている。

而して、斯るバーナーＡにおいて、送風機１１
及び電磁ポンプ１５を作動させると共にイグナイ
ター１９にイグニツシヨンを生じせしめると、ま
ず燃料噴霧ノズル３から噴霧された燃料と空気吹
出口４から吹出した空気の混合気にイグナイター
１９の火花が着火し、バーナーコーン６中央部に
黄炎が形成される。

また空気は空気吹出口４から吹き出されること
により吸引作用を生じ、周囲空気を吸引する。

この結果、バーナーコーン６出口部より、バー
ナーコーン６入口部と空気吹出口４との間の空
隙、即ち燃焼ガス吸引口５を通つてコーン６内部
に至る循環流が生じる。

着火後、上記循環作用により熱い燃料ガスをバ
ーナーコーン６内に吸込み、その熱により噴霧燃
料を瞬時に気化する。気化された燃料はコーン６
内面に沿つて循環ガスと共に酸素不足層ａを形成
してコーン６出口部と整流板８との間に形成され
る絞り部２０に流れ、該部２０においてコーン６
中央部を流れてきた燃焼用空気との混合を促進さ
れる。

そして、バーナーコーン６内部の黄炎は、燃焼
ガスを吸込むと同時に整流板８後流部に移動し、
ここで上記混合気が着火して青炎となる。

一方、噴霧ノズル３から噴霧され、吸引された
燃焼ガスで気化されなかつた油滴は、バーナーコ
ーン６内周面、特に拡開部内周面にぶつかるが、
コーン６が吸水性のある多孔質セラミツク製であ
るため、一旦セラミツク内に吸入保持される。そ
して、コーン６は高温燃焼ガスによる対流熱伝達
で高温になつているため、吸入された燃料はすぐ
に蒸発、気化してコーン６出口へ流動し、整流板
８とコーン６出口の絞り部２０において空気と混
合され、整流板８後流部、即ち整流板８背後の凹
部にて着火する。

上記整流板８背後の凹部は、気流の滞留点とな
り、この部分で高温燃焼ガスが滞留し、コーン６
出口より放出されて気化し、空気と混合した燃料
ガスへの着火源となる。従つて、整流板８に開け
た小孔７から青炎が立つことになる。

また、整流板８はバーナーコーン６と同様の吸
水性を有する多孔質セラミツク製としたことによ
り、気流の整流、着火源に加えてバーナーコーン
６と同様に燃料気化面としての機能を果すことが
可能となる。

更に、整流板８端部にて着火しなかつた未燃ガ
スは、保炎リング９の内外周面に沿つて流れ保炎
リング９背後の凹部にて着火する。

上記保炎リング９背後の凹部は、整流板８背後
の凹部同様、気流の滞留点となり、この部分で高
温燃焼ガスが滞留し、整流板８部分で着火しなか
つた未燃ガスへの着火源となる。従つて、保炎リ
ング８の端部に安定した青炎が立つことになる。

（効果）本発明は上記の構成であるから以下の利点を有
する。

青炎がバーナーコーン前部で立つので、完全
燃焼し、燃焼効率が高い。

完全燃焼するのでCoの発生が少ない。

燃焼騒音、即ちバーナーの運転音が小さく静
かである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す液体燃料気化
式バーナーの断面図、第２図は正面図で一部切欠
して示してある。第３図は灯油の燃焼の過程を説
明するフローチヤートである。Ａ……バーナー、３……燃料噴霧ノズル、４…
…空気吹出口、６……バーナーコーン、６ａ……
円筒部、６ｂ……拡開部、７……小孔、８……整
流板、１８……バーナーコーン前端開口縁と整流
板側面との間の隙間。

Claims

【特許請求の範囲】

１出力23000乃至57000Kcal／Ｈのガンタイプ
の液体燃料気化式バーナーであつて、燃料噴霧ノ
ズルと、燃料噴霧ノズル周辺に該ノズルを囲んで
これと同軸に設けられた空気吹出口と、吸水性を
有する多孔質セラミツク製で、後部に開口した円
筒部を有すると共に該円筒部前端に連続して前方
へ上記ノズルの噴霧角度より稍狭い角度で拡開し
て開口する円筒状の拡開部を有し、燃料噴霧ノズ
ルの前方に該ノズルの燃料噴霧区域を囲んで上記
ノズル及び空気吹出口と同軸に設けられたバーナ
ーコーンと、吸水性を有する多孔質セラミツク製
で、底面を開口すると共に周面部に適宜数の小孔
を穿設した中空の円錐状又は半球状に形成し、バ
ーナーコーン前端の開口部に凸面をバーナーコー
ン内部に向け、その外周面と上記開口部口縁との
間に環状の間隙を設けてバーナーコーンと同軸に
設けられた整流板とを備え、上記バーナーコーン
前端の開口部径を約104mmに、整流板の開口部径
を約90mmに、整流板の小孔の径を６mmとして両者
間に形成される間隙の面積と、整流板の小孔の総
面積の和を1540mm²乃至6670mm²とすることを特徴と
する液体燃料気化式バーナー。