JPH0247643B2 - - Google Patents

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３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３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／Ｈ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、
燃料気化式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、円筒部
後端と空気吹出口との間に空〓を存して燃料噴霧
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
口部口縁との間に適当な間隔を有してバーナーコ
ーンと同軸に設けられた整流板とを備え、上記空
気吹出口がφ37≦内径≦φ48、長さ／内径＞0.5、
長さ＞20mm、バーナーコーン円筒部内径／空気吹
出口内径＞1.3、バーナーコーンが円筒部内径＞
48mmで円筒部後端と空気吹出口前端との間の空〓
幅20mmの寸法関係を有するようにするものであ
る。

（作用） 而して、燃料噴霧ノズルから噴霧された油滴が
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は
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。

この際空気吹出口の径は小さすぎると、空気の
吹出速度が速くなり過ぎ、整流板に衝突して後方
に向かつて背圧をかけ、循環ガスの吸込みが悪く
なるとともに燃焼音も大きくなり、逆に大きすぎ
ると空気の流速が遅くなり循環ガスの吸込みがま
た悪くなる。

また、吹出口の長さが短かすぎると吹出す空気
が軸線方向に流れずイグナイターの火花を燃料噴
霧域に流すことができなくなり着火不良を起した
り、バーナーコーン内部にて燃焼ガスと空気が混
合して、バーナーコーン内部で黄炎が立ち、燃焼
音が大きくなる。

また吹出口の径とバーナーコーンの円筒部の径
も密接に関係しており、両者の径が接近する、例
えばコーンの円筒状の径が小さくなると、吸引さ
れる燃焼ガスによりガス化された燃料ガスと空気
がコーンの前半部で混合してしまい、コーン内部
で炎が立つてしまう等の問題が生じる。

然る処、本発明は空気吹出口をφ37≦内径≦
φ48、長さ／内径＞0.5、長さ＞20mm、バーナーコ
ーン円筒部内径／空気吹出口内径＞1.3、バーナ
ーコーンを円筒部内径＞48mmで円筒部後端と空気
吹出口前端との間の空〓幅20mmとしたことによ
り、この寸法関係と、バーナーコーン及び整流板
の形状が相俟つて最適量の燃焼ガスを吸引するこ
とができ、バーナーコーン中心部分の燃焼空気流
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すること
がなく、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、その後整流板部分及
び保炎リングからなる燃焼域で安定した炎が形成
される。

即ち、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
に行なわれるので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は内径をｄ、長さをｌとすれ
ばφ37≦ｄ≦φ48、ｌ／ｄ＞0.5、ｌ＞20mmでなけ
ればならず、この実施例においては内径ｄを
φ40、全長ｌを55mmに形成している。

尚、ノズルホルダー１の径は21φ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φ16ｍ／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〓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、その全長をＬ、円筒部６
ａの内径をＤ、拡開部６ｂ前端の内径をD₂とす
れば、Ｄ＞48φ、Ｄ／ｄ（空気吹出口内径）＞1.3、
πD²／４／（πD²／４−πd²／４）＜１、πD²／４
−πd²／４＞0.00077m²でなければならず、本実施
例ではＤが63φ、πD²／４−πd²／４＝0.00173m²
に形成されている。

またＬが100mmで拡開部６ｂが30°の拡度で前方
に拡開してD²が104φとなつておりバーナーコー
ン６後端と空気吹出口４前端との間の空〓５の幅
寸法L₁が20mmとなつている。

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〓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〓１８を
形成する。

この整流板８は全長が45mmに形成されると共に
開口部径が90φに形成されており、その頂部が空
気吹出口４前端から82mm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７mm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、
6φ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〓１８は即ちバーナーコーン６の実質的出口
は間〓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、間〓面積＞0.00154m²でかつ、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0.00154m²＜間〓面積＜0.00667m²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
0.00410m²に形成されている。

尚、小孔７は環状の間〓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８及びバーナーコーン６側に向けて整
流板８の前方に設けられる。

上記保炎リング９は外径が130φ、内径がバー
ナーコーン６出口部の径と同径、即ち104φで、
長さが15mmに形成されており、後端がバーナーコ
ーン６前端から12mm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
〓、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焼ガスをバ
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。

(1) 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。

(2) 完全燃焼するのでCOの発生が少ない。

(3) 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示
す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、５……高温燃焼ガスの吸引口部
（バーナーコーン円筒部後端と空気吹出口前端と
の間の空〓）、６……バーナーコーン、６ａ……
円筒部、６ｂ……拡開部、８……整流板、ｄ……
空気吹出口の内径、ｌ……空気吹出口の長さ、Ｄ
……バーナーコーン円筒部の内径、L₁……バー
ナーコーン円筒部後端と空気吹出口前端との間の
空〓幅。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 出力23000乃至57000Kcal／Ｈのガンタイプ
   式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、円筒部後端
   と空気吹出口との間に空〓を存して燃料噴霧ノズ
   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
   口縁との間に適当な間隔を有してバーナーコーン
   と同軸に設けられた整流板とを備え、上記空気吹
   出口がφ37≦内径≦φ48、長さ／内径＞0.5、長さ
   ＞20mm、バーナーコーン円筒部内径／空気出口内
   径＞1.3、バーナーコーンが円筒部内径＞48mmで
   円筒部後端と空気吹出口前端との間の空〓幅を20
   mmの寸法関係を有することを特徴とする液体燃料
   気化式バーナー。