JPH02259312A - 液体燃料の燃焼制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、家庭用石油ストーブから工業窯炉までの暢広
い範囲における液体燃料の燃焼方法および装置に関する
ものである。

（従来の技術） 液体燃料の燃焼にはストーブのような暖房を目的とした
燃焼や、被加熱物を加熱するための燃焼、あるいは内燃
機関のような動力発生機関としての燃焼等がある。

従来の燃焼は、液体燃料を直接気化させて燃焼させるか
、まｋは噴霧装置によって一度細かい霧状に分裂させて
燃焼させるかのいずれかの燃焼方法が用いられている。

前者の直接気化燃焼は、一般家庭用石油ス）　−ブで多
用されており、ポット式（実開昭５８−３５７１３号公
報）や芯式（特開昭５８−２０３３０７号、特開昭６０
−６４１３４号各公報１あるいは気化式（ＪＩＳ３０３
０）に代表される。

ポット式は燃料を蒸発皿によって蒸発させる方式で、気
化部と燃焼部が一体となっている。

芯式は燃料タンクの中に挿入したアスベスト等の芯に燃
料を吸収して蒸発しやすいようにその表面積が拡大され
ている０着火すると炎は芯金部に広がり燃焼を継続する
。

また、気化式は燃料を気化室又は気化管内で蒸発させた
後、燃焼部で燃焼させる方式で、気化部と燃焼部が区分
されているものである。

一方、噴霧燃焼は家庭用石油ヒトーブでも一部使用され
ているが、その多くは工業窯炉やボイラー等で多用され
ている。この燃焼は液体燃料を細かい油滴に霧化させ、
空気との接触面積を増大させ、蒸発反応の促進がはから
れる方式である。

一般に使用される油バーナは、ロータリーバーナ、ジェ
ットバーナ（蒸気噴霧、空気噴霧、機械噴霧）、特殊バ
ーナ（ガンタイプ高圧噴霧、低圧噴霧）等によって燃焼
させるものである。また、一種の点火装置として液体燃
料を泡沫化して電気火花により着火させる例もみられる
（特公昭４９−４２０１８号、特開昭４７−３８３６８
号公報）。

（発明が解説しようとする課題） 液体燃料を直接気化させるポット式等の燃焼方法は、点
火後、燃焼室が十分塩められるまでは、燃焼量を急速に
増加させることが困難であり、石油ストーブ等では、点
火後暖かくなるまで結構時間を要する。更に、点火時や
消火時の臭いはいかんともしがたく、石油ストーブは臭
いのするものであるといった観念のあることは周知の事
実である。

特に消火時の臭いは安全性との兼合いもあって、速やか
に消す必要があり（例えば、ＪＩ３では地震等の振動ま
たは誤って器具を転倒させた場合には１０秒以内で消え
ることを義務すけている）、その反動として消火時の臭
いがかえって強くなる傾向にあるのが実情である。

これは、消火掻作後、それだけ早く炎がなくなることで
あり、例えば石油ストーブの場合には、消火後も灯芯や
ポットから燃料蒸気が蒸発しており、それがまだ熱い燃
焼筒内を通過する時に、刺激臭を有するアルデヒド等に
酸化されるため強い臭いとなり、不快感を与える等の問
題となっている。

一方、噴霧燃焼方式として、幾種類もの燃焼機器はある
ものの、いずれも油滴が空気と共に噴霧される時に、油
滴群は広い粒径分布を有し、各粒子は互いに相互作用を
呈しながら、異なった方向に異なった速度で移動する。

従って、噴霧燃焼は均一性を欠き、油滴は蒸気と混合の
不十分のまま火災前面に到達し拡散炎にかこまれること
になり、不拘−炎となり易い。

従って、被加熱物の局部加熱を起し易い等の問題がある
。

また、油を噴霧するための設備が必要となり、動力費等
のランニングコストも高くなる欠点があった。

前述の特公昭４９−４２０１８号公報や特開昭４７−３
８３６８号公報に提示されている例は、点火装置として
機能するものであって、継続的な燃焼を安定して行なう
手段にはなりえない。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、上記欠点を解決するため、液体燃料を泡
として燃焼させる方式を提案していた。

すなわち、液体燃料を泡沫や分散気泡の所謂、泡として
燃焼器で継続燃焼させる方法であり、とりわけ石油スト
ーブに採用すると、その効果が著しいものである。

ここで、泡とは空気や酸素等の気体からなる多数の気泡
が液体中に浮かんだ分散気泡と、薄い液体膜でへたてら
れた気泡の集合体である泡沫の総称である。

液体燃料を泡として燃焼させる方式の注目すべき特性は
、従来と違った状態で、燃料と空気との接触面積を増大
させることができ更に、蒸発拡散係数の増加および気液
境界面における燃焼蒸気の分圧を低下させる効果があり
、蒸発と燃焼反応の促進が図られることである。

以下、この新しい燃焼技術における本発明の燃焼制御方
法について、図面に基づいて説明する。

第１図において１は燃焼器、２は集泡筒、３はオリフィ
ス、４は泡生成装置（多孔質エレメント）を示す、集泡
筒２の下部には外部から液体燃料を供給するための燃料
供給管６が接続されている。

一方、泡生成装置４の下部には外部から空気等の気体を
供給できるように、起泡用空気供給管７が接続されてい
る。８は燃焼用二次空気供給管、９ば二次空気供給孔で
ある。

燃焼器１は、下方にオリフィス３があり、側部は円筒状
または多角形に形成された筒体であって、二次空気供給
孔９が多数開設されている。

したがって、泡沫化された燃料は、集泡筒２からオリフ
ィス３に至り、その開孔１０から燃焼器ｌに供給され、
泡沫の気泡中に含む空気および二次空気供給孔９から供
給される空気によって容易に燃焼され、上方に火炎が形
成される。

第３図に本発明による液体燃料の燃焼状態を示す。

ｈは泡沫の上昇高さである。１１は燃料、１２は起泡用
空気、１３は燃焼用二次空気を示す。

泡生成装置（多孔質エレメント）４は焼結金属あるいは
多孔質セラミックス等が用いられる。集泡筒２に供給さ
れる液体燃料は、この泡生成装置（多孔質エレメント）
４から噴出する微細な気流により容易に発泡する。

本発明は、このように泡化した燃料の燃焼量制御を自在
に行う方法およびその装置を提供するものである。すな
わち、液体燃料を泡として燃焼させる装置において、燃
焼器に内設した泡生成装置上の液体燃料の液面高さを変
化させて燃焼量を制御する方法である。

集泡１２に内設した泡生成装置４の上にある液体燃料の
液面高さ２が大きくなると、起泡用空気供給管７からの
空気量を一定にしても、泡の液膜厚み増加となって集泡
筒２を上昇して燃焼器ｌに供給される燃料が増えて燃焼
量が増加する。

また反対に液面高さを小さくすれば、泡の生成は減少し
、燃焼量も低下する。

（実施例） 泡生成装置４上の液体燃料の液面高さ２を制御する実施
例について詳しく説明する。

第４図にフロートを内蔵する小形タンクを上下する事に
より、集泡筒内の液面高さを変化させる液体燃料の燃焼
制御装置を示す。

燃焼管６に液面調整タンク１６をフレキシブルホース１
４で接続する。液面調整タンク１６には、フロート１７
を内蔵し、液留め１５、空気抜き孔１８を設け、燃焼タ
ンク１９からの燃料ホース２０が接続されている。また
燃料ホースには燃料流量ｉｌ１節弁２１が取付けられる
。

液面調整タンク１６は燃料タンク１９からの燃料供給及
び液面高さ減少操作時に泡生成装置４に供給された燃料
の逆流によって、液面調整タンクに流入する燃料のレベ
ルが設定の位置になった時点で、フロート１７に作用す
る浮力によりフロート上面に設けられたニードル２３を
閉じ、燃料タンクからの燃料供給を一時、停止する機能
をもつ。

従って、この液面調整タンク１６と燃料供給管６とは、
フレキシブルホース１４で連結され、連通管となってい
る。燃焼量を増加させる場合は、液面調整タンク昇降装
置２２により液面調整タンク位置を上昇させる。

この時、燃焼器内液面レベルとの均衡がくずれ、液面調
整タンク１６から燃焼器へと燃料の供給が行なわれ、フ
ロート１７が下降し、ニードル弁２３を大きく開き、燃
料タンク１９からの燃料供給が行なわれる。また、逆に
燃焼量を現状より減少させる場合は、液面調整タンク１
６の位置を現状位置より下げる。

この瞬間、集泡筒２から液面調整タンク１６へ燃料が逆
流し、フロート１７が上昇し、ニードル弁２３が閉とな
り、燃料タンクの燃料供給は停止する。

その間、燃焼は継続され、液面調整タンク内に逆流した
燃料は減少し、設定のレベルまで達した時点でフロート
が下降し、再度燃料タンクから燃料の供給が再閉される
。

また消火の際には、集泡筒内の燃料面が泡生成装置（多
孔質エレメント）の孔の最下部以下になる迄、液面調整
タンクの位置を下降し、瞬時に液面調整タンクへと燃料
を移動させる。

流入した燃料は、液留め部１５に一時スドックされる０
点火時は液面調整タンクを必要な泡の生成量に見合つた
液面高さ２になる樺に昇降装置２２にて上昇させる。

また、本発明の他の実施例として、第５図に、泡生成装
置４を昇降させて、泡生成装置上の液体燃料の液面高さ
を変化させて燃焼制御を行なう装置を示す。

燃焼器ｌと下部で連結している集泡筒２の内部に設けら
れている泡生成装置４へ起泡用空気供給管７を設ける。

この空気供給管７には泡生成装置４を昇降するための昇
降装置２２が取付けられ、手動及び電動操作により必要
な液面高さを任意に設定する事が出来る。

集泡筒２の下部には燃料供給管６を取付け、液面調整タ
ンク１６と連結する。

液面調整タンク１６にはフロート１７を内蔵し、燃料タ
ンク１９からの燃料は、燃料ホース２０に導びかれて、
フロート１７の上下作動によりニードル弁２３が開閉し
、燃料が供給される。

次に本装置による液面高さ調整方法を説明する。

液面調整タンク１６は、泡沫生成装置４の液面を燃焼中
常に一定の高さに保持されるものであり、燃焼による泡
沫生成装置内の液面低下分を連続的に補給するものであ
る。それは液面調整タンク１６と泡生成装置４は、燃料
連結管（フレキシブルホース）１４により連結されてお
り、常に両者の液面は、同一レベルとなる樺動作する。

この装置において、現状より、燃焼量を減少させる場合
は、泡生成装置４を現状の位置より上昇させる。これに
より、泡生成装置４は、集泡？＃２内の燃料液面との距
離が小さくなり、液面高さ２が小となり泡生成量が減少
し、燃焼量も減少する。

逆に、泡生成装置４を下降させると、液面高さが大とな
り、泡生成量が増大し、燃焼量も増加する。

消火は次の生成を停止する事により、行なわれるが、泡
生成装置４への起泡用気体供給を停止すると、集泡筒２
の下部にある液体燃料が泡生成装置の孔を通じて、泡生
成装置４の内部、さらには気体供給管７へと流入し、再
度の立上げ時にこれが圧損の増加となり、気体の安定供
給ができなくなる場合がある。

従って、消火時、泡生成装置４へは気体供給を継続しな
がら液体燃料部分より泡生成装置４全体を集泡筒内で上
昇させ、液体燃料から露出させて気体供給を停止し、第
６図に示すように、泡生成装置４を燃焼器人口のオリフ
ィス３に接触するまで上昇させて消火を速やかに行なう
。

また点火時には多孔管エレメントに起泡用気体を供給し
ながら多孔管エレメントを下降し、液体燃料中に浸漬さ
せる。

次に本発明の他の実施例として、泡生成装置上の液面高
さを一定にして、泡生成装置に供給する気体の流量を変
化させて燃焼量制御する方法について説明する。

第３図に示す集泡筒２内に内設した泡生成装置４上の液
体燃料の液面高さ２を一定にして、起泡用空気１２の流
量を増加すると、集泡筒２内での泡沫５の生成量、すな
わち泡沫を形成する液体燃料の燃焼器１への供給量が増
加して、燃焼量が増える。また、逆に起泡用空気１２の
流量を減少させると、泡沫５の生成量が低下して燃焼量
は減少する。

更に、本発明の他の実施例として、燃焼器に内設した泡
生成装置上の液体燃料の液面高さ制御と、泡生成装置に
供給する気体の流量制御との組合せからなら燃焼制御方
法について説明する。

一つの燃焼器で、燃焼量可能範囲を大きくしたい要望の
ある場合には、第７図に示す燃焼量特性を利用して、液
面高さと気体流量の二つの因子を制御することで容易に
達成される。

その具体的な実施例を、第４図で詳し説明する。

泡生成装置４上の液体燃料の液面高さ２を６０閣として
、起泡用空気１２を３．ＯＲ／ｓｉｎとした場合は、安
定燃焼を継続している時で、その燃焼量は灯油の消費１
ｉ２．ｏｊ！／Ｈであった。

この状態から液面高さを２０Ｍにすると、灯油の消費量
は０．１！／Ｈまで減少した。更にこの状態から起泡用
空気７を１．５ｊ！／ｍｉｎに低下させると、灯油の消
費量は０．１１／Ｈまで低下した。

このように、二つの因子を制御することで、燃焼量可変
範囲を広くすることができるが、本発明はこれら制御因
子の制御方法を限定するものではない。

（発明の効果） 以上、詳しく説明したように、本発明は液体燃料を泡化
して燃焼させる燃焼器で、従来の直接気化させて燃焼さ
せる方法に比べて、点火時に芯を使わないで容易に着火
させることができると共に、点火直後の燃焼量制御も自
在にできる。また、即暖、燃焼量可変範囲を極めて大き
くすることができるものである。

更に、点火、消火に際しての臭気の発生も大幅に減少さ
れる効果をも奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の燃焼装置構成を示す縦断面図、第２
図は、その平面図、第３図は、燃焼状態の説明図、第４
図は、液面調整タンクを上下させて燃焼量制御を行なう
装置の説明図、第５図は、泡生成装置を上下させて燃焼
量制御を行なう装置の説明図。第６図は、その消火方法
の説明図、第７図は、液面高さと泡生成装置に供給する
気体流量制御による燃焼量可変範囲の模式図表である。 ｌ：燃焼器　　　　　　２：集泡筒 ３ニオリフイス　　　　４：泡生成装置（多孔質エレメ
ント） ５：泡　　　　　　　　６：燃料供給管７：起泡用空気
供給管　８：燃焼用二次空気供給管 ９；二次空気供給口　ｌＯ：集泡筒上部開孔１１：燃料
　　　　　　１２：起泡用空気１３：燃焼用空気　　　
１４＋フレキシブルホース １５：液留め　　　　　１６７液面調整タンク：フロー
ト ：燃料タンク ：燃料流量ＩＩ節弁 二ニードル弁 １８：空気抜き孔 ２０：燃料ホース ２２：昇降装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　液体燃料を泡沫や分散気泡の所謂泡として燃焼させ
   る装置において、燃焼器に内設した泡生成装置上の液体
   燃料の液面高さを変化させるようにして燃焼量を制御す
   る液体燃料の燃焼制御方法。 ２　液体燃料を泡として燃焼させる装置において、泡生
   成装置上の液体燃料の液面高さを一定として、泡生成装
   置に供給する気体の流量を変化させて燃焼量を制御する
   液体燃料の燃焼制御方法。 ３　液体燃料を泡沫や分散気泡の所謂、泡として燃焼さ
   せる装置において、燃焼器に内設した泡生成装置上の液
   体燃料の液面高さ制御と、泡生成装置に供給する気体の
   流量の制御との組合せからなる液体燃料の燃焼制御方法
   。 ４　フロートを内蔵する小型タンクを上下させて、連通
   管により連絡された燃焼器内の液面高さを変化させる請
   求項１の液体燃料の燃焼制御装置。 ５　液面を一定として、燃焼器に内設した泡生成装置を
   上下させて液面高さを変化させる請求項１の液体燃料の
   燃焼制御装置。