JPH10306903A - 液体燃料気化燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液体燃料を気化させるためにヒータを利用す
るような気化燃焼装置において、ヒータによる消費電力
を低減させる。 【解決手段】 燃料供給管１０をバーナヘッド１８から
の排ガスに接触するような位置に配する。これにより、
液体燃料は予熱されて気化器１２に供給されるようにな
るため、気化器１２に備えられたヒータ１９への通電量
を低下させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、灯油等の液体燃料
を気化させて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、常温の液体燃
料（例えば灯油）を、加熱手段により加熱される気化面
を備えた気化器により気化温度（灯油の場合、前記気化
面の温度は約２５０℃）にまで加熱して気化させること
により気体燃料を生成し、該気体燃料を燃焼させること
により熱を生成する。

【０００３】気化燃焼装置を例えば給湯機に用いた場
合、上記のように生成された熱により水を加熱して温水
を生成するのであるが、この際、生成される温水の温度
をユーザが所定範囲内で自由に設定できるようにするこ
とが多い。温水の温度制御は通常、気化燃焼装置の燃焼
量を調節することにより行なわれる。すなわち、温水の
温度を高くするには気化器へ供給される液体燃料の流量
を増大させる一方、温水の温度を低くするには液体燃料
の流量を減少させる。

【０００４】ところで、気化器において液体燃料を適切
に気化させるには、加熱手段により気化器へ供給する熱
量を液体燃料の流量に応じて適切に制御する必要があ
る。すなわち、もし加熱手段から気化器に供給される熱
量が過小であると全ての液体燃料を気化させることがで
きなくなる。一方、もし上記熱量が過大であると、例え
ば液体燃料を気化面に滴下して気化させるような気化器
においては、気化面の温度が高くなり過ぎて液体燃料が
膜沸騰を起こし（例えば灯油は約４００℃で膜沸騰を起
こす）、適切な気化ができなくなってしまう。このた
め、気化燃焼装置には従来より、温度検出手段（サーミ
スタ等）により気化器の温度をモニタし、その温度が適
正な範囲（灯油の場合２５０〜４００℃程度）内に維持
されるように上記加熱手段の作動を適宜制御する、とい
うような温度制御手段が設けられている。

【０００５】気化器の加熱手段として最も一般的に用い
られているものの一つはヒータである。ヒータは、通電
量を制御することにより容易且つ精密に発熱量を制御で
きるため、気化器の加熱手段として好適に利用されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、気化器の加
熱手段としてヒータを用いた場合、液体燃料を気化させ
るため、例えば家庭用給湯機では数１００Ｗ〜１ｋＷ程
度という多量の電力が消費されるため、気化燃焼装置の
ランニングコストが大きくなるという問題がある。

【０００７】また、例えば高温の気化面に灯油を滴下さ
せて気化させるような気化器においては、気化面に残留
した灯油が酸化されて変質することがある。このように
変質した灯油には重合した高沸点成分が多く含まれるた
め、気化器によっても気化されず、タール化して気化面
上に付着する。このようになると、気化面上の伝熱面積
が狭くなってしまうため、液体燃料の気化に時間がかか
るようになってヒータによる消費電力量が増加したり、
あるいは燃焼量に応じた量の液体燃料を気化できなくな
る。

【０００８】本発明はこ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、液体燃
料を気化させるためにヒータを利用するような気化燃焼
装置において、ヒータによる消費電力を低減させること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明に係る気化燃焼装置は、液体燃料を気
化させて気体燃料を生成する気化部と、上記気体燃料を
燃焼させる燃焼部とを備える液体燃料気化燃焼装置にお
いて、上記気化部へ供給される液体燃料を予熱するため
の液体燃料予熱手段を備えることを特徴としている。

【００１０】

【発明の実施の形態及び発明の効果】本発明に係る気化
燃焼装置は、液体燃料を液体燃料予熱手段により予め加
熱した上で気化部へ供給するようにしたものである。

【００１１】上記のような液体燃料予熱手段を、液体燃
料を気化させるための熱の一部又は全てをヒータにより
供給するような気化器を備える気化燃焼装置に用いれ
ば、気化器を加熱するためのヒータの消費電力を低下さ
せ、ランニングコストを削減することができる。また、
上記液体燃料予熱手段を、高温の気化面に液体燃料を滴
下させて気化させるような気化部を備える気化燃焼装置
に用いれば、気化面にタールが付着した場合でも、従来
より短時間で且つ安定的に液体燃料の気化を行なうこと
ができる。

【００１２】また、気化部のみで常温から気化温度にま
で液体燃料を加熱する方法では、気化の際に気化部から
多量の熱が奪われるため、気化部の温度が大きく変動し
やすく、それだけ温度制御が困難である。これに対し、
本発明に係る気化燃焼装置は、液体燃料を液体燃料予熱
手段及び気化部により２段階で加熱するようにしたた
め、気化部の温度がより安定し、液体燃料の気化を安定
的に行なうことができる。

【００１３】なお、上記のような本発明のより具体的な
構成及び効果については、後述する実施例で詳しく説明
する。

【００１４】

【実施例】図１は本発明に係る気化燃焼装置の実施例を
示す図である。この気化燃焼装置において、内部にヒー
タ１９及び第一サーミスタ２３の配設された気化器１２
は、バーナヘッド１８に面するフィン１３と、通風路１
６に面する気化面１５とを有している。図示せぬ燃料槽
にその末端が浸漬された燃料供給管１０の先端は、気化
面１５に面するように配されている。通風路１６は、図
示せぬ送風機構と、バーナヘッド１８の直下に設けられ
た混合室２０とを接続している。バーナヘッド１８には
多数の混合気噴出口２１が設けられており、これを通じ
て混合室２０は燃焼室２４と連通している。また、バー
ナヘッド１８の上面にはイグナイタ２５が配設されてい
る。燃焼室２４の側壁は排気筒２８により構成されてお
り、この排気筒２８を一方の側から他方の側へ水平に貫
くように燃料供給管１０及び通水管２６が配設されてい
る。燃料供給管１０及び通水管２６には、排気筒２８内
部において、それぞれフィン１１及び２７が備えられて
いる。なお、燃料供給管１０の途上には図示せぬ送液ポ
ンプが配設されている。また、第二サーミスタ３１は燃
料供給管１０の温度を測定するためのものである。

【００１５】上記構成を有する気化燃焼装置の作用は次
の通りである。まずヒータ１９に通電すると、ヒータ１
９の発熱により気化器１２の温度が上昇する。この温度
を第一サーミスタ２３を用いてモニタし、モニタされた
温度が所定温度（灯油の場合なら約２５０℃）に達した
ら、送液ポンプを起動する。すると、燃料槽に貯留され
た液体燃料が燃料供給管１０に吸引されるようになる。
吸引された液体燃料は燃料供給管１０の先端から気化器
１２の気化面１５に滴下される。ここで、気化器１２の
温度は液体燃料の気化温度よりも高いから、気化面１５
に滴下された液体燃料は瞬時に気化する。こうして生成
された気体燃料は、通風路１６を流れる空気とともに混
合室へ流入し、ここで混合される。こうして生成された
気体燃料と空気との混合気は、混合気噴出口２１を通っ
て燃焼室２４内へ噴出する。こうして噴出した混合気に
イグナイタ２５により点火すると、バーナヘッド１８の
上面で混合気が燃焼し始める。

【００１６】燃焼が始まると、気化器１２は、ヒータ１
９の発熱とフィン１３が受ける燃焼熱により加熱される
ようになり、これにより液体燃料が気化され、燃焼状態
が維持される。気化器１２の温度は第一サーミスタ２３
によりモニタされる。そして、モニタされた温度が所定
範囲内に維持されるように、ヒータ１９への通電量が適
宜制御される。

【００１７】燃焼中、バーナヘッド１８で発生する高温
の排ガスは排気筒２８内を上昇し、燃料供給管１０及び
そのフィン１１に接触する。このとき、燃料供給管１０
内を流れる低温の液体燃料と、高温の排気ガスとの間で
熱交換が生じ、これにより液体燃料は加熱されてその温
度が高くなる。こうして予熱された液体燃料は気化器１
２の気化面１５に滴下され、そこで気化される。

【００１８】なお、燃料供給管１０と接触した後、排ガ
スは更に排気筒２８内を上昇して通水管２６及びそのフ
ィン２７に接触する。通水管２６には水が流されてお
り、この水と高温の排ガスとの間で熱交換が生じること
により、水が熱を得て温水となる。

【００１９】本実施例の気化燃焼装置では、燃焼中に液
体燃料が排ガスからの熱、フィン１３からの受熱及びヒ
ータ１９の発熱という３種類の熱で加熱されるため、ヒ
ータ１９の発熱のみ、あるいはヒータ１９の発熱とフィ
ン１３からの受熱のみで液体燃料を気化させる方法に比
べて、ヒータ１９の発熱量を少なくすることができ、ラ
ンニングコストを低減させることができる。

【００２０】なお、排ガスとの熱交換による液体燃料の
温度の上昇量は、フィン１１の形状や表面積、燃料供給
管１０からバーナヘッド１８までの距離等の要因により
変化する。

【００２１】ところで、液体燃料を気化させるために必
要な熱は、該液体燃料の温度を常温から気化温度にまで
上昇させるための熱（顕熱）及び気化温度に達した液体
燃料を全て気体燃料に変化させるための熱（潜熱）から
成る。もし、排ガスとの熱交換により液体燃料が上記顕
熱を超過する量の熱を得ると、液体燃料が燃料供給管１
０内で気化温度に達してしまうため、適切な流量で気化
器１２へ液体燃料を供給することができなくなってしま
う。このため、排ガスの熱により液体燃料を予熱する場
合、液体燃料の温度がその気化温度よりも適度に低い温
度になるようにすることが望ましい。図１の気化燃焼装
置では、燃料供給管１０が図面上で排気筒２８の左側か
ら出たところにおいて、該燃料供給管１０に第二サーミ
スタ３１を設置しており、これにより、予熱された液体
燃料の温度をモニタできるようにしている。また、第二
サーミスタ３１を用いずに、燃料供給管１０内を流れる
液体燃料の流量と燃焼量との関係に基づき、燃料供給管
１０内の液体燃料が気化温度に達しないように、燃料供
給管１０の位置（高さ）や排気筒２８内における長さ、
フィン１１の数や形状を予め適切に決めておくようにし
てもよい。

【００２２】液体燃料として灯油を用いる例を見てみ
る。灯油に含まれる諸成分の沸点はおよそ１８０〜２７
０℃の範囲にあり、常温の灯油を加熱して完全に気化さ
せる場合、顕熱と潜熱の比はおよそ１対１である。そこ
で、予熱段階で液体燃料の温度を１８０℃よりもやや低
い温度、例えば１５０℃程度にすると、燃料供給管１０
内で液体燃料が気化することがないため液体燃料の供給
流量を適切に維持することができる。更に、顕熱の大部
分が予熱段階で液体燃料に与えられるため、気化器１２
では気化のための総熱量の半分強程度の熱（すなわち、
顕熱の残量分と潜熱の和）のみ補えばよく、従って、液
体燃料を予熱しない場合に比べて、ヒータ１９の発熱量
を減少させて消費電力を低下させることができる。

【００２３】また、気化器の気化面にタールが付着して
伝熱面積が小さくなると、気化効率が低下する。このよ
うになった場合、従来の気化燃焼装置では、全ての液体
燃料を気化するためには該液体燃料を気化面上に長時間
滞留させなければならず、不安定燃焼、未気化灯油の漏
出、異臭の発生等の問題が生じていた。これに対し、図
１の気化燃焼装置では液体燃料を予熱して気化器１２の
気化面１５に滴下するようにしたため、従来に比べて気
化に必要な伝熱面積は小さい。すなわち、タールの付着
により伝熱面積が小さくなった場合でも、滴下された液
体燃料に僅かな顕熱と潜熱を与えるだけで該液体燃料が
気化するから、液体燃料を気化面１５上に滞留させるべ
き時間は従来の気化燃焼装置のように長くなることがな
く、常に適量の液体燃料を安定気化することができ、更
に、気化面１５からタールを除去するためのメンテナン
ス作業にかかる手間も少なくなる。

【００２４】図２は図１の気化燃焼装置の変形例を示す
図である。図２の気化燃焼装置は、排気筒２８内で燃料
供給管１０が通水管２６よりも上に配設されていること
を特徴とする。このような気化燃焼装置においては、バ
ーナヘッド１８で発生した排ガスはまず水と熱交換を行
ない、その後に液体燃料と熱交換を行なう。すなわち、
排ガスは水との熱交換により一部の熱を失い、やや低温
（２００℃強程度）になった状態で液体燃料と熱交換を
行なう。このようにすると、液体燃料の沸点よりもはる
かに高温の排ガスにより液体燃料が過度に熱せられると
いうことが防止される。

【００２５】図３は図１の気化燃焼装置の更に別の変形
例を示す図である。図３の気化燃焼装置は、排気筒２８
内において燃料供給管１０が通水管２６と平行に接触
し、燃料供給管１０内を流れる液体燃料と通水管２６内
を流れる水との間で熱が交換されるようにしたことを特
徴とする。一般の給湯機においては、気化燃焼装置で使
用される液体燃料の流量は通常数１０〜１００ｃｃ／ｍ
ｉｎ程度であり、生成される温水の量に比べてはるかに
小さいため、液体燃料と水を排ガスの熱で加熱すると、
液体燃料の温度の方が水の温度より急速に上昇する。そ
こで、図３のように燃料供給管１０と通水管２６とを接
触させると、高温の液体燃料から低温の水へ熱が伝達さ
れることにより、液体燃料の温度が過度に高くなること
が防止できるのである。

【００２６】なお、本発明に係る気化燃焼装置の実施例
は上記に限られないことはいうまでもない。例えば、図
１〜図３に示した気化器１２はバーナヘッド１８で発生
する熱を受けるフィン１３を備えているが、これは必須
ではない。また、気化の方法も、気化器１２のように高
温の気化面に液体燃料を滴下して気化させる方法（開放
気化）に限られない。例えば細管中に液体燃料を流して
該細管を加熱する方法（細管気化）のように密閉空間内
で液体燃料を気化する方法（密閉気化）や、液体燃料を
霧状にして温風により加熱して気化させる方法等、様々
な気化の方法がある。しかし、いずれの方法を取るかに
関わらず、液体燃料を気化させるための熱の一部又は全
てをヒータにより供給するような気化器を用いた気化燃
焼装置でさえあれば、本発明を有効に適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る気化燃焼装置の実施例を示す
図。

【図２】 図１の気化燃焼装置の変形例を示す図。

【図３】 図１の気化燃焼装置の更に別の変形例を示す
図。

【符号の説明】

１０…燃料供給管 １２…気化器 １５…気化面 １８…バーナヘッド １９…ヒータ ２６…通水管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永田 幸利 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 藤原 善治 神戸市東灘区魚崎浜町43番１号 日本ユプ ロ株式会社内 (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

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体燃料を気化させて気体燃料を生成す
   る気化部と、上記気体燃料を燃焼させる燃焼部とを備え
   る液体燃料気化燃焼装置において、 上記液体燃料を予熱して上記気化部へ供給するための液
   体燃料予熱手段を備えることを特徴とする液体燃料気化
   燃焼装置。
2. 【請求項２】 上記液体燃料予熱手段は、上記液体燃料
   の温度がその沸点よりもやや低い温度になるまで該液体
   燃料を加熱するように構成されてい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】 上記液体燃料予熱手段は、上記燃焼部に
   て上記気体燃料を燃焼させたときに発生する排ガスと液
   体燃料との間で熱を交換させるための熱交換部を備える
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の液体燃料気化
   燃焼装置。
4. 【請求項４】 上記熱交換部は、上記液体燃料を上記気
   化部へ供給するための液体燃料通路を上記排ガスに接触
   するような位置に設けて成ることを特徴とする請求項３
   に記載の液体燃料気化燃焼装置。