JPH10246408A - 液体燃料気化燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 着火時間が短く、ノズル詰まりが発生せず、
火力の調節も容易な予熱バーナを備える気化燃焼装置を
提供する。 【解決手段】 メインバーナ１０の気化器を予熱するた
めの予熱バーナ３０に超音波発生器３８を用いる。この
超音波発生器３８を液体燃料２１中で作動させると、超
音波振動により液体燃料２１の液面に液柱が発生し、該
液柱の表面から液体燃料２１の微小粒子が飛散する。こ
うして生成された霧状燃料を予熱バーナヘッド３２で燃
焼させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は気化器により灯油等
の液体燃料を気化して得られた気体燃料を燃焼させる液
体燃料気化燃焼装置（以下、「気化燃焼装置」とする）
に関する。

【０００２】

【従来の技術】気化燃焼装置においては、まず加熱手段
を用いて主バーナ用の気化器（以下、「メイン気化器」
とする）の温度を液体燃料の気化温度（以下、「設定温
度」とする。例えば灯油の場合なら２５０℃程度とす
る）にまで上昇させた上で、該メイン気化器の気化面に
液体燃料を滴下又は噴出し、そこで液体燃料を気化させ
る。

【０００３】上記加熱手段としては、例えばヒータの発
熱を利用したもの、バーナの火炎を利用したもの等が従
来より知られている。このうちバーナを利用した加熱手
段とはいわゆる予熱バーナのことをいい、少量の液体燃
料を燃焼させて得られる火炎によりメイン気化器を加熱
するようにこれを構成する。

【０００４】従来より知られている予熱バーナとして
は、例えば、予熱バーナ用の気化器（以下、「予熱気化
器」とする）をヒータにより加熱し、該加熱された予熱
気化器により液体燃料を気化させて得られる気体燃料を
燃焼させるもの（加熱気化式。例えば実開昭５５−３８
１８１、実開昭６０−１９６１１５）や、液体燃料に圧
力を加えて小径のノズルから霧状に噴出させて得られる
霧状燃料を燃焼させるもの（圧力霧化式。例えば実開昭
６３−２３５１８、実開平１−１６９９２９）等があ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】加熱気化式の予熱バー
ナを用いた気化燃焼装置の場合、ヒータに通電を開始し
てから予熱気化器の温度が上記設定温度に達するまでは
予熱バーナに着火することができず、更に予熱バーナへ
の着火後に該予熱バーナの火炎によりメイン気化器が上
記設定温度に達するまでは主バーナに着火することがで
きない。すなわち、ヒータへの通電開始から主バーナへ
の着火までの時間（着火時間）が非常に長くなる（３分
程度）という問題がある。

【０００６】また、圧力霧化式の予熱バーナには次のよ
うな問題がある。予熱バーナの燃焼量は通常主バーナの
１０分の１程度でよく、液体燃料の消費量も１０ｃｃ／
分以下という小さい値となる。このような小流量で液体
燃料を霧化させるためには、ノズルに備えられるディス
トリビュータの口径を非常に小さくする必要がある。と
ころが、ディストリビュータの口径を小さくすると、使
用時間の経過とともに徐々に詰りが生じてしまい、やが
て適切な霧化を行うことができなくなってしまうため、
適宜ノズルの掃除を行ったり、あるいはノズルを交換し
たりするというメンテナンス作業が必要となり、そのた
めの費用も発生する。

【０００７】本発明は以上のような課題を解決するため
に成されたものであり、その目的とするところは、着火
時間が短く、ノズル詰まりが発生せず、火力の調節も容
易な予熱バーナを備える気化燃焼装置を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明の第一発明に係る気化燃焼装置は、予
熱バーナにより加熱された気化器により液体燃料を気化
させて得られた気体燃料を主バーナへ供給して燃焼させ
る液体燃料気化燃焼装置において、上記予熱バーナが、
超音波発生手段を用いて発生させた超音波振動により液
体燃料を霧化して得られた霧状燃料を燃焼させる構成の
バーナであることを特徴とする。

【０００９】また、本発明の第二発明に係る気化燃焼装
置は、予熱バーナにより加熱された気化器により液体燃
料を気化させて得られた気体燃料を主バーナへ供給して
燃焼させる液体燃料気化燃焼装置において、上記予熱バ
ーナが、液体燃料を浸透させるための灯心を備え、該灯
心に浸透させた液体燃料を燃焼させる構成のバーナであ
ることを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】第一発明に係る気化燃焼装置にお
いて、上記超音波発生手段には、通常に使用される各種
超音波振動子が好適に利用できる。超音波振動子を用い
て液体燃料を霧化する方法としては、（１）底部に超音
波振動子の配された燃料槽に液体燃料を注入し、該液体
燃料中で超音波振動子を振動させるという方法（液浸
型）、（２）超音波振動子により駆動される振動板の表
面に液体燃料を膜状に供給する方法（液面波型）、
（３）多数の小孔の形成された板（多孔板）で液体燃料
の液面を被覆し、超音波振動子により該多孔板を振動さ
せるという方法（多孔板型）、等が挙げられる。なお、
これらの霧化方法については後述する実施例で更に詳し
く説明する。

【００１１】第二発明に係る気化燃焼装置において、上
記灯心を作成するための材料としては、金網、焼結金
属、ガラス繊維、多孔セラミック等が利用できる。

【００１２】第二発明に係る気化燃焼装置において、更
に、上記灯心を加熱するためのヒータと、上記灯心の上
方に配設された予熱バーナヘッドと、該予熱バーナヘッ
ドに点火するための点火手段を備えるようにしてもよ
い。すなわち、灯心に吸引された液体燃料を上記ヒータ
の熱により気化させて得られた気体燃料を予熱バーナヘ
ッドで燃焼させるのである。このようにすると、ヒータ
への通電量を適宜調節することにより液体燃料の気化量
を調節することができるようになり、火力の細かい調節
が可能となる。また、ヒータへの通電量を小さくして極
少量の液体燃料のみを気化させることもできるため、小
さな火力にも対応できる。更に、液体燃料のうち気化し
なかった成分が灯心中にタール状で残留した場合には、
ヒータにより灯心を十分加熱することで、タール状成分
を気化させ、灯心を浄化することができる。

【００１３】第二発明に係る気化燃焼装置において、更
に、灯心の燃焼端に点火するための点火手段と、灯心の
燃焼端付近の部分を雰囲気から隠蔽するための隠蔽部材
と、該隠蔽部材と上記灯心との相対位置を変更するため
の位置変更手段を備えるようにしてもよい。すなわち、
液体燃料を浸透させた灯心の燃焼端に点火手段で点火し
て液体燃料を燃焼させ、隠蔽部材により灯心の燃焼端を
隠蔽する面積を変更することにより火力を調節するよう
にするのである。

【００１４】

【発明の効果】本発明の第一発明又は第二発明に係る気
化燃焼装置では、予熱バーナの立ち上げにかかる時間が
数秒程度と、従来よりもはるかに短いため、装置を立ち
上げてから主バーナに着火するまで時間がより短縮され
る。また、予熱バーナへの液体燃料の供給に小径のノズ
ルを用いていないため、ノズル詰まり等の問題がなく、
それにともなって発生するメンテナンス作業も不要とな
る。

【００１５】

【実施例】本発明に係る気化燃焼装置の各種実施例を図
面を参照しながら説明する。

【００１６】図１は本発明の第一発明に係る気化燃焼装
置の実施例の構成を示す垂直断面図である。この気化燃
焼装置は、メインバーナ１０、燃料供給機構２０、予熱
バーナ３０及び送風機構４０から主として成る。以下、
これら各部の構成を説明する。

【００１７】メインバーナ１０には、メインバーナヘッ
ド１２、該メインバーナヘッド１２に近接して配設され
た第一イグナイタ１４、メインバーナヘッド１２の下方
に配設されたメイン気化室１６及びメイン気化室１６の
底部を構成する燃料皿１８が含まれる。

【００１８】燃料供給機構２０には液体燃料２１の貯留
される燃料槽２２、該燃料槽２２からメイン気化室１６
内へ至る送液管２４及び送液管２４上に配設された送液
ポンプ２６が含まれる。

【００１９】予熱バーナ３０には、予熱バーナヘッド３
２、予熱バーナヘッド３２に近接して配設された第二イ
グナイタ３４、予熱バーナヘッド３２の下方に配設され
た霧化室３６及び霧化室３６の底部に配設された超音波
発生器３８が含まれる。

【００２０】なお、霧化室３６と燃料槽２２とは底部付
近で相互に連通しているため、燃料槽２２に注入された
液体燃料２１は霧化室３６の下部にも流入する。このよ
うにすると、液体燃料２１の補給口や液面の高さを検出
する液面センサ（いずれも図示せず）を、燃料槽２２と
霧化室３６とで共用させることができるという利点があ
る。

【００２１】送風機構４０には送風ファン４２の配設さ
れた送風室４４、該送風室４４とメイン気化室１６及び
霧化室３６をそれぞれ接続する第一送風管４６及び第二
送風管４８が含まれる。

【００２２】本実施例の予熱バーナ３０は液浸型超音波
霧化により生成された霧状燃料を燃焼させるタイプのも
のである。以下、液浸型超音波霧化の原理について図２
を参照しながら説明する。

【００２３】図２において、図示せぬ超音波振動子によ
り駆動される振動板５２は、その周縁部を固定され、液
体燃料２１中で該液体燃料２１の液面に平行に保持され
ている。この振動板５２が超音波振動子により駆動され
て上下に振動すると、液体燃料２１が上方に押し上げら
れて図２に示したような液柱５４が発生する。振動周波
数を数ＭＨｚ程度にまで上昇させると、液柱の表面には
キャピラリー波５６が発生するようになり、そこから粒
径１０μｍ程度の微小な液体粒子５８が液体燃料２１の
表面張力に打ち勝って飛散するようになる。このように
して液体燃料２１が霧化されるのである。

【００２４】以上のような構成の気化燃焼装置の立ち上
げ時の作用は次の通りである。まず、超音波発生器３８
を起動し、これと同時、又はやや遅延させて、第二イグ
ナイタ３４による断続的な点火を開始する。すると、ま
ず超音波振動による液体燃料２１の霧化が開始され、そ
こで生成された霧状燃料は第二送風管４８からの送風に
より予熱バーナヘッド３２の上面へ流出し、そこで第二
イグナイタ３４により点火される。こうして、予熱バー
ナ３０の燃焼が始まると、メイン気化室１６の燃料皿１
８の温度が上昇し始める。この温度を図示せぬ温度検出
器（サーミスタ等）によりモニタし、モニタ温度が液体
燃料２１の気化温度に達した時点で、送液ポンプ２６を
起動し、これと同時、又はやや遅延させて、第一イグナ
イタ１４による断続的な点火を開始する。すると、送液
ポンプ２６の作動により燃料槽２２内の液体燃料２１が
送液管２４を通じて燃料皿１８上に噴出又は滴下される
ようになり、燃料皿１８に噴出又は滴下された液体燃料
２１はそこで気化して気体燃料となり、第一送風管４６
からの送風によりメイン気化室１６内を上昇してメイン
バーナヘッド１２の上面へ流出し、第一イグナイタ１４
により点火される。こうしてメインバーナ１０の燃焼が
開始される。

【００２５】液浸型超音波霧化を利用した本実施例の予
熱バーナ３０では、超音波振動の周波数の制御、液体燃
料の液面の高さの制御等により火力を調節することがで
きる。すなわち、上記温度検出器によりモニタされる燃
料皿１８の温度が液体燃料２１の気化温度に安定するよ
うに上記制御量を適宜制御するのである。なお、このよ
うな制御は、マイクロコンピュータ等を利用した自動制
御とすることができることは言うまでもない。

【００２６】上記実施例の気化燃焼装置において、液浸
型超音波霧化とは異なる超音波霧化方法で液体燃料を霧
化させるようにすることも可能である。以下、上記以外
の２つの超音波霧化方法について図３及び図４を参照し
ながら説明する。

【００２７】まず、図３は液面波型超音波霧化の原理を
説明するための図である。図に示された超音波霧化器の
駆動部６１の下部には超音波振動子６２が備えられてい
る。また駆動部６１の上面には、下方に開いたホーン部
６３及び支柱６４からなる振動体６５が固定されてお
り、超音波振動子６２の振動は駆動部６１の側面６６及
び上面６７を経て上記振動体６５へ伝達される。このよ
うな構成の超音波霧化器において、超音波振動子６２を
２０ｋＨｚ程度の周波数で振動させた状態で、ホーン部
６３の先端から液体燃料２１を膜状に供給すると、ホー
ン部６３の上面において液体燃料２１のキャピラリー波
６８が発生し、そこから液体燃料２１の液体粒子６９が
液体燃料２１の表面張力に打ち勝って飛散するようにな
る。このようにして液体燃料２１が霧化されるのであ
る。

【００２８】図３のような液面波型超音波霧化を利用し
た予熱バーナでは、超音波振動の周波数の制御、ホーン
部６３に供給する液体燃料の流量の制御等により火力を
調節することができる。また、必要量の液体燃料のみを
抽出して霧化することができ、必要分を超過した量の液
体燃料まで霧化してしまうことがないため、振動エネル
ギーを効率よく利用できる。更に、極少量の液体燃料の
みを霧化させるということも容易に行なえるため、特に
弱い火力で細かい制御が必要であるようなバーナには好
適である。

【００２９】図４は液面波型超音波霧化器の一例を示す
垂直断面図である。この超音波霧化器は、ランジュバン
型振動子７１を備える駆動部７０と、振動体として機能
するホーン部７２と、ホーン部７２の先端７３に液体燃
料を供給するための送液管７４及びポンプ７５を備えて
いる。ランジュバン型振動子７１によりホーン部７２を
振動させた状態でポンプ７５を起動し、ホーン部７２の
先端７３へ液体燃料を供給すると、先に説明したような
原理により、液体燃料を霧化することができる。なお、
図４のような構成にすると、ホーン部７２の先端７３だ
けでなく送液管７４の液体噴出口７６も振動するため、
液体燃料はまず送液管７４の液体噴出口７６から出ると
きに径の小さな液滴とされ、この液滴を更にホーン部７
２の先端７３で微小な液体粒子とするため、微小な液体
粒子を効率よく生成することができる。

【００３０】次に、図５は多孔板型超音波霧化の原理を
説明するための図である。径が１０数μｍ程度の多数の
小孔８１（図５ではそのうち１つのみを示す）の設けら
れた振動板８２で液体燃料２１の液面を被覆し、該振動
板８２を図示せぬ超音波振動子により２００ｋＨｚ程度
の周波数で振動させると、振動板８２の運動と液体燃料
２１の液面の運動との差により、図５（ａ）〜（ｄ）に
示したように、各小孔８１毎に一つの微小な液滴８４が
生成され、霧状燃料が生成される。なお、振動板８２の
最も振幅の大きい分に小孔８１を設けるようにすれば、
霧化効率をより高めることができる。

【００３１】図６は本発明の第二発明に係る気化燃焼装
置の実施例の構成を示す垂直断面図である。なお、本実
施例の気化燃焼装置において、メインバーナ１０、燃料
供給機構２０及び送風機構４０は、先に図１の実施例で
説明したものと同じであるからその説明を省略する。

【００３２】予熱バーナ９０は、下端が液体燃料中に浸
漬された灯心９１、灯心９１を保持する灯心ホルダ９
２、灯心９１の上端付近に接触するように配設された気
化ヒータ９３、灯心９１の直上に配設された予熱バーナ
ヘッド３２及び予熱バーナヘッド３２に近接して配設さ
れた第二イグナイタ３４を備える。

【００３３】上記構成の予熱バーナ９０において、まず
気化ヒータ９３に通電し、灯心９１の上端付近の温度を
図示せぬ温度検出器でモニタする。そして、モニタされ
た温度が液体燃料２１の気化温度に達すると同時、又は
やや遅延させて、第二イグナイタ３４による断続的な点
火を開始する。すると、灯心９１の上端部において液体
燃料２１が気化して気体燃料が生成され、この気体燃料
は第二送風管４８からの送風により予熱バーナヘッド３
２の上面へ流出し、第二イグナイタ３４により点火され
る。こうして予熱バーナ９０が燃焼し始める。その後、
図１の気化燃焼装置について説明したのと同じようにし
て、メインバーナ１０の燃焼が開始される。

【００３４】以上のような予熱バーナ９０では、毛細管
現象により少量の液体燃料２１のみを灯心９１へ吸引し
て気化ヒータ９３で気化させるため、短時間で液体燃料
２１を気化させることができる。また、気化ヒータ９３
への通電量を調節することにより予熱バーナ９０の火力
を制御することができるため、細かい火力制御が可能で
ある。

【００３５】図７は灯心９１を用いた予熱バーナの別の
例を示した図である。この予熱バーナは、下端が液体燃
料中に浸漬された灯心９１、該灯心を保持する灯心ホル
ダ９２、該灯心ホルダ９２を上下に移動させる灯心駆動
部９５、灯心９１の上端付近を隠蔽する隠蔽部材９６及
び灯心９１の上端に接触するように配設された点火ヒー
タ９７を備えている。また、この予熱バーナには、灯心
９１の上端に液体燃料２１を滴下するための送液管９８
及び送液ポンプ９９が備えられている。このような構成
の予熱バーナにおいて、点火ヒータ９７に通電し、該点
火ヒータ９７の温度が液体燃料２１の発火点に達する
と、灯心９１に浸透させた液体燃料２１が灯心９１の上
端で燃焼し始める。燃焼中において火力を調節するに
は、灯心駆動部９５により灯心ホルダ９２の上下方向の
位置を変化させ、灯心のうち隠蔽部材９６よりも上に出
る部分の表面積を変化させる。このように、灯心９１上
で液体燃料２１が燃焼する部分の面積を変化させること
により、バーナの火力を調節することができるのであ
る。なお、大きな火力が必要とされる場合は、送液ポン
プ９９を適宜起動し、送液管９８から液体燃料２１を灯
心９１の上端へ滴下することにより、火力を大きくする
ことができる。

【００３６】以上、本発明に係る気化燃焼装置の各種実
施例を図面を参照しながら説明したが、これらはあくま
で例に過ぎず、本発明の精神及び範囲内で様々な変形が
可能であることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第一発明に係る気化燃焼装置の実施例の構成
を示す垂直断面図。

【図２】 液浸型超音波霧化の原理を説明するための
図。

【図３】 液面波型超音波霧化の原理を説明するための
図。

【図４】 液面波型超音波霧化器の一例を示す垂直断面
図。

【図５】 多孔板型超音波霧化の原理を説明するための
図。

【図６】 第二発明に係る気化燃焼装置の実施例の構成
を示す垂直断面図。

【図７】 灯心を用いた予熱バーナの別の例を示した
図。

【符号の説明】

１０…メインバーナ ２０…燃料供給機構 ２１…液体燃料 ２２…燃料槽 ３０、９０…予熱バーナ ３８…超音波発生器 ４０…送風機構 ５２、８２…振動板 ６２…超音波振動子 ６３、７２…ホーン部 ６５…振動体 ７１…ランジュバン型振動子 ８１…小孔 ９１…灯心 ９３…気化ヒータ ９５…灯心駆動部 ９６…隠蔽部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 豊田 弘一 福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１ 号 東陶機器株式会社内 (72)発明者 坂本 泰一郎 福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１ 号 東陶機器株式会社内 (72)発明者 西村 栄夫 神戸市東灘区魚崎浜町43番１号 日本ユプ ロ株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予熱バーナにより加熱された気化器によ
   り液体燃料を気化させて得られた気体燃料を主バーナへ
   供給して燃焼させる液体燃料気化燃焼装置において、上
   記予熱バーナが、超音波発生手段を用いて発生させた超
   音波振動により液体燃料を霧化して得られた霧状燃料を
   燃焼させる構成のバーナであることを特徴とする液体燃
   料気化燃焼装置。
2. 【請求項２】 上記超音波発生手段は、底部に超音波振
   動子の配された燃料槽に液体燃料を注入し、該液体燃料
   中で上記超音波振動子を振動させることにより該液体燃
   料を霧化する液浸型超音波霧化器であることを特徴とす
   る請求項１に記載の液体燃料気化燃焼装置。
3. 【請求項３】 上記超音波発生手段は、超音波振動子に
   より駆動される振動板の表面に液体燃料を膜状に供給す
   ることにより該液体燃料を霧化する液面波型超音波霧化
   器であることを特徴とする請求項１に記載の液体燃料気
   化燃焼装置。
4. 【請求項４】 上記超音波発生手段は、多数の小孔の形
   成された板で液体燃料の液面を被覆し、超音波振動子に
   より該多孔板を振動させることにより上記液体燃料を霧
   化する多孔板型霧化器であることを特徴とする請求項１
   に記載の液体燃料気化燃焼装置。
5. 【請求項５】 予熱バーナにより加熱された気化器によ
   り液体燃料を気化させて得られた気体燃料を主バーナへ
   供給して燃焼させる液体燃料気化燃焼装置において、上
   記予熱バーナが、液体燃料を浸透させるための灯心を備
   え、該灯心に浸透させた液体燃料を燃焼させる構成のバ
   ーナであることを特徴とする液体燃料気化燃焼装置。
6. 【請求項６】 上記灯心を加熱するためのヒータと、上
   記灯心の上方に配設された予熱バーナヘッドと、該予熱
   バーナヘッドに点火するための点火手段を備えることを
   特徴とする請求項５に記載の液体燃料気化燃焼装置。
7. 【請求項７】 上記灯心の燃焼端に点火するための点火
   手段と、上記灯心の燃焼端付近の部分を雰囲気から隠蔽
   するための隠蔽部材と、該隠蔽部材と上記灯心との相対
   位置を変更するための位置変更手段を備えることを特徴
   とする請求項５に記載の液体燃料気化燃焼装置。