JPH0668364B2

JPH0668364B2 - 液体燃料の燃焼装置

Info

Publication number: JPH0668364B2
Application number: JP1081237A
Authority: JP
Inventors: 典男安沢; 哲雄二川; 鋼治安達
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-03-31
Filing date: 1989-03-31
Publication date: 1994-08-31
Anticipated expiration: 2009-08-31
Also published as: CA2013302A1; CA2013302C; JPH02259311A

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幅広
い範囲における液体燃料の燃焼装置に関するものであ
る。

（従来の技術）従来の燃焼は、液体燃料を直接気化させて燃焼させる
か、または噴霧装置によって一旦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、一般家庭用石油ストーブで多用
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）ある
いは気化式（JIS 3030）に代表される。

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

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ストーブでも一部使用され
ているが、その多くは工業窯炉ボイラー等で使用されて
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、蒸発と燃焼反応の促進がは
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）。

（発明が解決しようとする課題）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、燃焼室が十分温められるまでは、燃焼を急速に増
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。また、芯式等の燃
焼方式は、燃焼量の可変範囲が狭く、外気条件や室の大
きさによってはいつも快適な暖をとることができない。

更に、点火時や消化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、ＪＩＳでは地震等の振動ま
たは誤まって器具を転倒させた場合には、10秒以内で消
えることを義務づけている）、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、消火操作後、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、油滴は蒸発と混合の
過程が不十分のまま、火炎前面に到達し拡散炎にかこま
れることになり、不均一炎となり易い。従って、被加熱
物の局部過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47-38368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）本発明は、上記欠点を改善するため新しい燃焼装置を提
供するものである。

本発明は石油ストーブの点火直後の燃焼量自在調節と、
点火および消火時の臭い防止と、噴霧の不均一炎を改善
するため、液体燃料を一旦泡沫として直ちに燃焼器で継
続燃焼させる装置を提供するもので、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、泡沫とは、液体燃料の薄膜で空気や酸素等の気
体を包囲した気泡の多層集合体である。

液体燃料を泡沫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料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、本発明を図面に基づいて説明する。

図は本発明の実施例を示す縦断面図である。２は燃料を
発泡させる機能を有する送気装置で、本発明の特徴をな
すものである。22は蒸発皿を示す。

燃料タンク１からポンプ３、供給管８を通して、燃焼器
10内に燃料を供給する。燃焼器10の下部には、蒸発皿22
と泡沫を生成させるための送気装置が連続して形成され
て配置されている。その上方にある燃焼器10はその外側
に燃焼用空気を供給するための風箱４が設置されてい
る。送気装置２と蒸発皿22の位置関係は、送気装置２の
上面と蒸発皿22の下端が同一レベルにあってもよく、ま
た、段差をつけた構成であってもよい。

液体燃料は送気装置２の上部にある蒸発皿22に供給さ
れ、下部には気体供給管６から気体を吹き込むことによ
り燃料（灯油、軽油等）は発泡し、泡沫の状態で点火ヒ
ータ11で着火して燃焼される。また燃焼用空気を別に供
給管７から風箱４を介して、完全燃焼に必要な空気を供
給し、継続燃焼させるものである。５は火炎を示す。

燃料供給管８から供給する燃料と気体供給管６から供給
する空気量を多くして泡沫生成量を増加させると共に、
燃焼用空気管７からの空気量を増やすことにより、燃焼
量を容易に増加させることができる。また、燃料供給量
を一定にして気体供給管６からの気体（空気）量を増加
させるほど、火炎が長くなると言う結果も得た。

このような結果は、燃料の泡沫化が促進され、液体燃料
の蒸発表面積の増加および液体から気体への拡散係数の
増加および気液境界面における燃料蒸気分圧を低下させ
る効果等により、液体燃料の蒸発量が改善されて燃焼量
増加になると考えられる。従って、燃焼器10のコンパク
ト化も容易にできる。

なお、本発明は液体燃料を泡沫にして着火するので、泡
沫に直接点火源を接触させるだけで容易に着火できる。

また、消火も燃焼器10への燃料供給を停止して、燃焼器
に残る燃料を泡沫化して燃焼させるので、燃料供給を停
止してから、完全消火までの時間が短かく、臭いも感じ
ない。

このように、燃料を一旦泡沫として燃焼することによ
り、気体供給管６からの空気吹込量と燃料供給量を調整
することと、および燃焼用空気供給管７からの空気供給
量を変えることで、燃焼量と火炎形状等の燃焼特性を自
在に制御することができる。また、従来技術では成し得
なかった石油ストーブでの即暖、臭いなし燃焼を可能と
した。

次に本発明における燃焼用空気管７から別に空気を供給
しなければならない理由について説明する。

灯油や軽油等の液体燃料のみで得られる泡沫の発泡倍率
（泡沫体積／液体燃料体積）が、通常５〜50倍程度であ
る。しかしながら完全燃焼させるに必要な空気の必要倍
率は約9000倍であり、それに泡沫中の空気量は到底及ば
ないためである。

しかし、燃焼には気体供給管６から供給した空気が、泡
沫中にとどまらないでそのまま燃焼用空気として、直接
利用できる分もあるので、燃焼用空気管７から供給され
る空気量は、理論燃焼空気量のおおよそ60〜150％が好
ましい範囲である。

ここで下限の60％は送気装置２上の液体燃料が火炎等の
輻射熱で、泡沫として存在する時間がほんの一瞬にすぎ
なく、大部分が分散気泡と液体燃料からの直接蒸発で安
定燃焼する時で、気体供給管６からの空気量が安定な泡
沫生成のための適正量である必要のない送気装置２等の
圧力損失で制限される最大流量割合を示すものである。

また、上限の150％は点火から安定燃焼までの過渡的時
期の安定した泡沫生成が要求される時の気体供給管６か
らの空気量を確保した時の適正燃焼状態を得る流量割合
である。

また、液体燃料にポリマーや界面活性剤を添加して発泡
倍率を高めることにより、より燃焼反応を促進すること
も可能である。

一方、被加熱物を加熱するためのバーナ燃焼に、この泡
沫燃焼を利用する場合には、軽油を除いて他の液体燃料
のみで生成させた泡沫では、泡沫径の均一性や発泡性の
安定化にやや問題がある。従って、発泡剤として、液体
燃料にポリマーや界面活性剤、シリコン樹脂あるいはそ
れらの混合物、または発泡性の良い軽油等を混合させ
て、表面粘度の増加および表面張力を低下させて、発泡
性を改善することで安定した発沫生成が可能となり、バ
ーナから噴射される泡沫の燃焼は安定した均一炎を保
ち、被加熱材の局部加熱を防止する効果を発揮すること
ができる。

（実施例）次に本発明の装置について、第１図に示す実施例で詳し
く説明する。

燃焼器10の下部に液体燃料の泡沫を生成する送気装置２
と燃焼供給口11を設け、送気装置２に気体供給管６を接
続して泡沫生成域ａを形成し、燃焼器上方側部に燃焼用
空気供給孔12を多数個設けて燃焼域ｂを形成して液体燃
料を燃焼させる。送気装置２は主要部が多孔板または多
孔質エレメント等からなり、発泡機能を有しているもの
である。底部はポット状である。

燃焼用空気供給管７から風箱４、空気供給孔12を介して
燃焼用空気80/minを燃焼器10内へ供給する。次に気体
供給管６から約0.8ｌ/minの空気を送りながら、燃焼タ
ンク１から供給管８を通して、温度２℃の燃料（灯油）
0.5ｌ／Ｈを燃焼器10に供給すると、送気装置（焼結金
属の多孔板）２上で燃料の泡沫が生成され、点火ヒータ
11の所まで上昇して赤熱したニクロム線で着火した。

この時の燃焼状態は、保炎器９で燃料と燃焼用空気の混
合が促進され、保炎器の上方に青白い火炎が伸びる完全
燃焼であった。この時の着火から保炎器上方に火炎が生
じるまでの時間は、僅か20秒であった。

また、燃焼用空気供給管７からの空気量を減少させてい
くと、火炎長さは、徐々に長くなり、その色は橙色を呈
するようになった。

次に、この燃焼状態から気体供給管６から空気供給量を
徐々に上げ、燃料の泡沫化を促進させると火炎長さはさ
らに長くなり、その色も青白色に変化したが、すぐに燃
料供給量が追随できなくなり、火炎長さが短くなった。
これは、液体燃料の泡沫化の促進で、燃料の蒸発量が増
加し、燃焼器内での液体としての滞留時間が短くなり、
一時的に燃焼量が増加するためと考えられる。

次に燃料の供給量を1.0ｌ／Ｈまで増加し、燃焼用空気
量を160ｌ/minにすると、火炎は直ちに保炎器上方で大
きな青白色となり安定燃焼を継続した。

その後、燃料供給を停止すると、燃焼器内の残燃料の燃
焼が泡沫化燃焼で直ちに終了し、気体供給管６からの空
気供給量を停止することで完全に消火した。この時には
臭いの発生もなかった。

また、本実験では一定の径の孔を有する多孔板を使用し
たが、他に細管、布粒子層あるいはこれらを組合せた送
気法で泡沫を生成させるが、本発明は、送気装置の多孔
質エレメントの材質や形を限定するものではない。

（発明の効果）本発明は、液体燃料を多孔質エレメントの外側に供給し
て、多孔質エレメント内に供給した気体で液体燃料を泡
沫として直ちに燃焼させる方式なので、燃料の蒸発表面
積を著しく増加させ、蒸発と燃焼反応を促進する。

従って、燃焼器のコンパクト化が可能で、点火や消火時
の臭いや煤の発生がない。更に、点火直後も含めて、燃
焼量を可変することの容易さ、および火炎形状の制御性
等も容易にできる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明を実施するための燃焼装置例を示す縦断面図
である。１：燃料タンク２：送気装置（多孔板）、３：ポンプ４：風箱、５：火炎６：気体供給管７：燃焼用空気供給管、８：燃料供給管９：保炎器、10：燃焼器 11：点火ヒータ、12：空気供給口 22：蒸発皿

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭56−133514（ＪＰ，Ａ) 実開昭55−110907（ＪＰ，Ｕ) 実開平２−14512（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体燃料を泡沫化して直ちに燃焼させる装
置において、燃焼器の下部に液体燃料を発泡倍率５〜５
０倍の泡沫にさせるための泡沫生成用送気装置と蒸発皿
を連続して設け、その上方に連なる側壁に燃焼用空気孔
を設けたことを特徴とする液体燃料の燃焼装置。