JPS58140510A - 液体燃料燃焼装置 - 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】 本発明は、家庭用の小型暖房装置等に用いられる液体燃
料燃焼装置に関するものである。

従来、超音波振動を利用した液体燃料燃焼装置は広く知
られ、この種の燃焼装置は、一般的に圧力噴霧方式に比
較して霧化の噴出圧力が極めて小さく、霧化粒子速度が
遅いため、燃焼用空気の吹出方法に対する依存度が高く
、確実に保炎による失火防止、良好な拡散火炎による燃
焼特性の向上。

振動拡大ホーン端部の温度上昇に伴なう霧化面のタール
付着防止、電歪形振動子の自己加熱加熱等による温度上
昇防止等難しい問題点を有していた。

また圧力噴霧方式では、ノズルの目詰りの点で１ｏｏｏ
ｏ１ａｌ／ｈ程度以下では゛安定した燃焼量が得られな
いほか、燃焼量可変も困難で、且つ送油ポンプの騒音が
大きい等の欠点がある。

この他、気化燃焼方式では、始動時の予熱時間３　′°
−ン に長時間を要したり、予熱ヒータの連続使用による不経
済性、消火時の臭気がきつい等の問題がある。また、ポ
ット燃焼方式においても、安定燃焼時迄の立上り時間が
長く、その間臭いやス＼が発生し、更に瞬時に消火する
ことが難しく、制御性が極めて悪い等の欠点を有してい
た。

近年、従来の超音波霧化を利用した燃焼装置としては第
１図に示す如く、中筒１の中央部に振動拡大ホーン２を
位置せしめ、振動拡大ホーン２の先端霧化面３を直進空
気噴出口４に臨ませるとともに、この周囲に複数個の一
次空気噴出口５を設けている。

一次空気噴出口５′の外周近傍には二次空気噴出口６を
設け、その前方には先端に絞り部を有したコーン７を具
備している。また前記直進空気口４の一部に切欠部を設
け、振動拡大ホーン２先端部に点火電極８の先端を臨ま
せている。

この構成では、液体燃料が給油管９を通って、振動拡大
ホーン２の先端霧化面に供給され、ここからコーン７内
に霧化される。またこれと同時に、吸込口１０から本体
１１内に流入し、羽根１２に−より旋回し乍ら送られる
燃焼空気の大半が空気孔１３を通り２、−次空気口６か
ら、霧化方向に対し直角に近い吹出し方向で外側に拡大
する高速旋回空気流として噴出され、霧化粒子を拾い上
げ、且つその旋回力により霧化粒子と空気の混合を促進
している。この点火電極８により着火すれば燃焼が開始
される。燃焼用空気の他方は、本体１１を旋回し乍ら送
られ、二次空気口ｅからコーン７壁に沿って、高速旋回
気流として噴出され二次混合が促進される。

この場合、前記の如く超音波燃焼方式では霧化粒子速度
が極めて遅いために、−水空気噴出速度を高くシ、この
高速旋回空気流により霧化粒子を有効に拾い上げる必要
がある。しかし乍ら、従来例では前記高速旋回空気流を
得る手段として、直進空気噴出口４に゛振動拡大ホーン
２先端部の霧化面３を臨ませ、直進空気噴出口４の開口
面積を絞った構成となっている。したがって、 （１）−水空気噴出口６に近−に形成される火炎５　＝
”’ に近接して霧化面３を有するものであるから、霧化面３
にス＼及びタールが付着し安定した霧化が行えない。

（２）火炎輻射等により振動拡大ホーン２が加熱され電
歪形振動子１４の温度上昇によシ寿命が低下する。

（３）−水空気噴出口６の一部に切欠部を設け、点火電
極８先端を臨ませる必要が有り、−水空気の旋回空気流
の乱れを生じ、安定保炎性及び拡散混合特性に欠けると
同時に電極スパークのリークを生じ、点火電極６の取付
もむずかしい。

（４）−水空気高速旋回気流を確保するためは、直進空
気噴出口４に小隙間（１〜２　ｍ　）が必要となる。し
かるに、振動拡大ホーン２の支持は前記ホーンの後部で
行うのが前提となるため、ホーン取付時等に前記ホーン
先端部が偏心して、点火電極８や直進空気噴出口４の端
部に接触し、霧化不能を起こし易い。

（６）直進空気噴出口４の噴出速度が速いために、霧化
粒子の直進霧化が促進され、安定保炎性に欠ける。

（６）−火気空気流が電歪形振動子１４に集中して当接
する送風形態でなく又前記振動子１４の有効な冷却が出
来ない。

（′７）直進空気噴出口４に振動拡大ホーン２を臨ませ
るものであるから、給油形態力；振動拡大ホーン２の中
心部の一部を貫通させる必要力；あり、この貫通部の給
油経路中でキャビテーションにより気泡が発生し、この
発生気泡により霧イヒ７５；とぎれ安定燃焼が持続でき
ない基本的な問題力；ある。

等の数々の欠点を有していた。

本発明はこのような従来の欠点を除去するもので、圧力
噴霧方式では困難とされていたイ氏燃焼量域（５ｏｏｏ
−１００００１ｃａｌ、／ｈ　）での良好な拡散燃焼特
性を得、また燃焼量可変も自在に行うこと力；でき、気
化式では不可能な瞬間着火・消火を可能とし、制御性に
優れるなどの長所を有した液体燃料燃焼装置を提供する
ものである。

この目的を達成するために本発明は、中筒の内７″ 側に内筒、外側に外筒をそれぞれ設けるとともに、内筒
内に霧化手段からの霧化粒子と霧化粒子搬送用空気、内
筒と中筒間に一次空気・中筒と外筒間に二次空気をそれ
ぞれ供給するものである。

以下、本発明の一実施例について、第２図、第３図を用
いて説明する。図において、１５はテーパ等の形状をな
した振動拡大ホーンで、その後部には電歪形振動子１６
が固着され、霧化手段が構成されており、電歪形振動子
１６には発振器（図示せず）が接続されている。燃料タ
ンク（図示なし）より送された液体燃料は、油量調節器
（図示せず）等を介して給油管１７を通シ、支持体２ｅ
を介して振動拡大ホーン１５の先端部の霧化面１８に小
隙間とを有して臨ませている。１９は振動拡大ホーン１
６の外周部に設けた内筒で、後端は支持筒２ｏに固着さ
れ、この後端平面部に霧化粒子搬送空気供給用の小孔２
１を複数個設けている。

前端はテーパ状に絞られ、霧化粒子噴出口２２に近接し
て開口し、内部に霧化粒子搬送室２３を形成している。

２４は内筒１９外の中筒で、後端側には、中央部に一次
空気導入口２５を開口した蓋体２６を設け、前端側は一
次空気噴出口２７の外周部に固着し、内筒１９の外周域
に一次空気室２８を形成している。２９は前記蓋体２６
に設けた支持体で、中央部に一次空気導入口２６が貫通
し、この−目端に複数個の開口部３０を有した振動拡大
ホーン１６の支持筒２ｏが固着されている。−次空気噴
出口２フは、霧化面１８とある間隙を有して対向した霧
化粒子噴出口２２の外周近傍に複数個設けられ、霧化粒
子の噴霧方向とはソ直角方向に噴出するよう構成してい
る。３１は一次空気噴出口２７の外周に近接して設けら
れた複数個の二次空気噴出口である０３２は−、二次空
気噴出口２７．３１で構成する燃焼室３３と略同径のコ
ーンで、先端部に絞り部を有している。３４は中筒２４
及び二次空気噴出口３１を覆って設けた外筒で、内部に
二次空気室３６を構成している。

３６は前記外筒３４、中筒２４、内筒１９をそれぞれ貫
通し、霧化面１８近傍に臨ませた点火電極である。３７
は燃焼用空気の吸込口、３８はファ９ベージ ンモ曽夕、３９はファン、４０は送風口、４１は燃焼用
空気供給ファン本体である。図中の矢印は気流の流れを
示し、４２は二次空気流、４３は一次空気流、４４は霧
化粒子搬送空気流を示すものである。

次に、上記構成による燃焼装置の動作について説明する
。液体燃料が給油管１７を通って、振動拡大ホーン１６
先端部の霧化面１８から燃焼室３３内に霧化される・ま
たこれと同時に、燃焼用空気が吸込口３７から燃焼用空
気供給ファン本体４１内に流入し、ファン３９により昇
圧し乍ら、送風口４０よりバーナ側へと送気される。送
風口４゜より圧送される燃焼用空気は三方に分流され、
一方は二次空気室３６を介して、二次空気流４２となり
二次空気噴出口３１へ、他方は一次気流４３に示す如く
、−次空気導入口２６を介して、支持筒２０の開口部３
ｏを通って一次空気室２８に導かれ一次空気口２７よシ
噴出される。

また、霧化搬送用空気は一次空気室２８より小孔２１を
介して霧化粒子搬送室２３へと導かれ、１０６−ノ゛ 一次空気室２８より低圧力となり霧化粒子噴出口２２よ
り霧化粒子と共に噴出される。

また−次空気は一次空気噴出口２７から前記霧化方向に
対して直角に近い吹出方向で外側に拡大する高速旋回空
気流として噴出され、霧化粒子を有効に拾い上げ、且つ
その強力な旋回力により霧化粒子と空気の混合を一層促
進させる。そして、点火電極３６により混合気に着火さ
れ、燃焼を開始する。一方、°前記二次空気は二次空気
室３６より二次空気噴出口３１から燃焼室３３壁に沿っ
て噴出され、内側に向う高速旋回空気流とな９、燃焼室
３３壁へのカーボン付着防止、未然粒子の完　。

全燃焼等を行う。このように振動拡大ホーン１６前方の
霧化粒子噴出口２２近傍で、−次空気噴出口２７の高速
旋回空気流により安定的に保炎し、拡大された燃焼火炎
は、その外周から包囲してくる二次空気噴出口３１から
の高速旋回空気流により縮少され、抑制される・そし、
て、絞りを有するコーン３２の効果で、燃焼火炎が燃焼
室３３内にこもシ、コ１ン３２燃焼室３３壁が高温化さ
れ、１１　ページ 良好な燃焼特性が得られる。

なお、本実施例では霧化手段として、振動拡大ホーン１
５と電歪形振動子１６による超音波霧化方式を示したが
、この他、超音波エネルギを利用した液中振動方式や高
圧による衝突噴霧等による他の霧化手段が考えられる。

本発明はこのような霧化粒子速度の低い霧化手段との組
合せにおいて有効な効果を発揮させることができるもの
である。

次に本実施例の効果を説明する。

前記した如く、超音波霧化方式は霧化圧力が小さく、霧
化粒子速度が遅い、したがって、霧化粒子を効率良く拾
い上げ、空気との混合を促進させ、しかも安定保炎を確
保するためには、霧化粒子を低流速で霧化した状態で、
高速旋回空気流を与える必要がある。また公知の超音波
霧化液体燃料燃焼装置に於ける空気波乱体は大燃焼量（
例えば１００００−３００００］ａｌ／ｈ）に適したも
のが多く、燃焼量が比較的大きくなると、燃焼熱により
気化が促進されて燃焼特性が向上し、比較的小さな旋回
空気流で燃焼を可能とする。しかし、３ｏＯｏｌａａ／
ｈ特關昭５ｓ−１４ｏｓｘｏ（４）’゛ 程度低燃焼量域では、発生熱量が減少し、未燃粒子も増
大するため、強力な旋回空気流を形成して拡散混合を促
進することがポイントとなる。そこで本実施例では、中
筒２４の略中間部に振動拡大ホーン１６を位置せしめ、
前記振動拡大ホーン１６の外周域に内筒１９、中筒２４
、外筒３４からなる三重筒構成の送風形態を構成し、霧
化搬送室２３、−次空気室２８、二次空気室３６にそれ
ぞれ独立給気せしめ、且つ、振動拡大ホーン１６の前方
に霧化面１８とある間隙を有して霧化粒子噴出口２２を
設け、前記霧化粒子噴出口２２の外周域近傍に一次、二
次空気噴出口２７．３１を設けた。このため、次のよう
な効果を奏する。

（１）霧化粒子搬送室２３の内圧゛より一次空気室２８
の内圧を高く保持することで、霧化粒子噴出口２２より
噴出する霧化粒子の噴出速度を弱め、且つ、−次空気噴
出口２７より噴出する一次空気の噴出速度を高め、霧化
方向に対して直角に近い吹出し方向で外側に拡大する強
力な高、速旋回空気流を形成し、この気流により霧化粒
１３″−ジ 子を有効に拾い上げ、且つ、この強力な旋回力により霧
化粒子と空気との混合を一層促進するＯ同時に、コーン
内壁に沿って噴出された二次空気旋回気流により拡散混
合が一層促進され、コーン３２内壁に於けるカーボン付
着の防止と未燃粒子の流出を完全に防止し、完全燃焼を
可能とし、従来の超音波霧化方式、圧力噴式では得られ
なかった低燃焼域（例えば３０００−５０００−／ｈ）
での良好彦燃焼特性を得ることが可能となる。

（２）霧化粒子の噴出速度を弱め、且つ、霧化粒子噴出
口（２２）の外周に強力な一次空気旋回気流を形成して
速度の境界層を形成することで、極めて安定した保炎を
確保できるＯしたがって空気量や燃焼量の変化に対して
も安定保炎が得られるため安定燃焼巾が広くなる０ （３）霧化粒子噴出口２２と霧化面１８との間に間隙を
設け、霧化面１８より前方に火炎を形成するので、霧化
面１８へのタール及びス＼付着が完全に防止できると同
時に、振動拡大ホーン１４　ベージ １５が高温に加熱されることがない。

（４）振動拡大ホーン１６と霧化粒子噴出口２２七の間
に自由空間が広いため、従来例のように前記ホーン１６
先端部が霧化粒子噴出口２２や点火電極３６等に接触す
ることがなく、構成上の寸法精度も必要としない＠ （ロ）霧化面１８に直接給油する方式であるから、キャ
ビテーションによる霧化とぎれが全くない。

（６）送風口４０に対向して振動拡大ホーン１６の電歪
形振動子１６を設け、−次空気導入口２６よシ流入する
一次空気流が、前記振動子１４に集中して送気されるの
で、電歪形振動子１４の冷却が促進でき安定霧化が可能
となる。

以上のように本発明にょれシ霧化粒子の搬送と、この搬
送される霧化粒子への一次、二次空気の混合がスムーズ
に行えるので、燃焼特性の非常にすぐれたものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の超音波を利用した液体燃料燃焼装置の
継断面図、第２図は本発明の液体燃料燃１６ページ 焼装置の一実施例を示す縦断面図、第３図は第を図の液
体燃料燃焼装置のＡ−Ｘ線断面図である。 １６・・・・・・振動拡大ホーン、１９・・・・・・内
筒、２２・・・・・・霧化粒子噴出口、２３・・・・・
・霧化粒子搬送室、２４・・・・・・中筒、２７・・・
・・・−次空気噴出口、２８・・・・・・−水空気室、
３１・・・・・・二次空気噴出口、３４・・・・・・外
筒、３６・・・−・・二次空気室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）内筒と、この内筒の外側に設けた中筒と、この中
   筒の外側に設けた外筒ｔ１上記内筒内に液体燃料の霧化
   粒子を送る霧化手段とを偉え、上記内筒内に霧化粒子搬
   送用空気、内筒と中筒間に一次空気、中筒と外筒の間に
   二次空気を供給する液体燃料燃焼装置。 （２）　　内筒と中筒間の圧力を内筒内の圧力よシ高く
   した特許請求の範囲第１項記載の液体燃料燃焼装置。 （３）霧化粒子搬送用空気量よシ、−次空気量を多くし
   た特許請求の範囲第１項記載の液体燃料燃焼装置。 （４）内筒前端に霧化粒子噴出口を設け、この霧化粒子
   噴出口の周囲に一次空気噴出口及び二次空気噴出口を設
   けた特許請求の範囲第１項記載の液体燃料燃焼装置。 （６）霧化手段として、超音波霧化手段を用いた特許請
   求の範囲第１項〜・第４項のいずれか一つに記載の液体
   燃料燃焼装置。