JPS587124B2 - 液体燃料燃焼バ−ナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液体燃料燃焼バーナに係り、特に蒸発気化室と
予混合室と燃焼室とに分離されている液体燃料燃焼バー
ナの改良に関する。

液体燃料燃焼時において、燃焼効率を向上し、かつ、煤
および臭いの発生をともなわない良好な燃焼とするため
には、燃料を蒸発気化させ、これに充分な空気を導入し
て予混合を行なってから燃焼させなければならない。

燃料を蒸発気化すると、空気との混合が容易となり、比
較的均一な可燃混合気が得られ、燃焼時の燃焼反応が速
くなるので、液体燃料を用いても、ガス燃料（都市ガス
，プロパンなど）と同程度の理想的な燃焼を行なうこと
ができる。

従来、この種の燃焼バーナは、ポット形バーナに代表さ
れるように、燃焼筒底部に燃料を供給し、油面に着火し
て火炎の拡大をはかり、その火炎を熱源として蒸発気化
した燃料と周壁の空気噴出孔からの空気流とを混合して
燃焼を行なうようになっている。

しかし、ポット形バーナでは、予混合空気量を大きくと
れないため，混合の最適化が不充分となり、不均一な可
燃混合気が形成される結果、火炎は黄色の拡散燃焼を示
す。

特に過渡燃焼状態では空気と気化燃料との混合が良好に
行なわれないため煤の発生をともなう燃焼を示す。

また、燃料の蒸発は主としてバーナの主火炎からの輻射
伝熱によって行なわれるため、熱バランスが遅れ、定常
燃焼までの所要時間が大きいなどの欠点もある。

これは蒸発気化、予混合、燃焼過程が同一室中で行なわ
れるようになっているため、それぞれの過程がお互いに
干渉し合い、理想的な予混合燃焼が行なわれないためで
、特に燃焼の初期においては不安定となり、煤臭いの発
生の抑制は不可能に近い。

この種の燃焼バーナの欠点を補なうためには、燃料の蒸
発気化、予混合、燃焼を分離して、それぞれの区分の作
用を充分に発揮できるようにすればよい。

すなわち、燃料の蒸発気化は蒸発気化室で行ない、予混
合は気化燃料と空気とが充分に混合されるようにし、燃
焼室では２次空気を導入して完全燃焼が行なわれるよう
にすることである。

第１図はこの燃焼方式を実現した従来の液体燃料燃焼バ
ーナの一例を示す構成図で、このバーナは、蒸発気化室
２、予混合室３、燃焼室４より構成されていて、それら
がバーナケース１に収納されている。

蒸発気化室２は底板５と側壁６より形成されていて、側
壁６には多数の空気導入孔７が、底板５の底部近傍には
燃料供給管８、点火栓９が設置してあって、底板５の中
央部から蒸発気化室２を２分割するように多孔質助燃体
１０が設けてある。

したがって、液体燃料を燃料供給管８から蒸発気化室２
の底板５の部分に供給すると、その燃料は多孔質助燃体
１０に含浸され、それに点火栓９を用いて着火すると、
多孔質助燃体１０によって火炎の拡大が行なわれる。

燃焼が進むにしたがって、底板５の部分に供給された燃
料は輻射伝熱によって加熱されて蒸発気化し、その蒸発
量が増大するとパイロット炎１１が発生する。

その後は、このパイロット炎１１の熱によって燃料が蒸
発気化されるようになる。

さらに燃焼が発達すると、火炎は予混合室３に移動して
上方に進むとともに、予混合室枠１２に設けた空気導入
孔１３よりの空気流と蒸発気化した燃料とが混合して、
保炎板１４より可燃混合気となって噴出、燃焼し、主バ
ーナ炎１７を形成するに至る。

なお、空気流は空気導入口１５より導入され、空気流路
１６を経て、空気導入孔７，１３，１８からそれぞれ蒸
発気化室２、予混合室３、燃焼室４に導入される。

しかし、この燃焼バーナには、次のような欠点がある。

（１）燃焼の初期において、多孔質助燃体１０で急激に
火炎が拡大されるため、煤の発生をともなった不安定な
燃焼をする。

（２）パイロット炎１１は多孔質助燃体１０もしくは蒸
発気化室２の底板５が加熱されて燃料が蒸発気化しない
と発生しないので、起動特性が不安定となることが多い
。

（３）火炎は蒸発気化室２のパイロット炎１１が形成さ
れておら予混合室３を経て燃焼室４に移動して主バーナ
炎１７を形成するので、主バーナ炎１７が形成されるま
での時間が長い。

（４）予混合室３が大きく、かつ、蒸発気化室２より充
分に分離されていないので、予混合空気を増大すると、
予混合室３内に火炎が発生することがあり、この場合は
いたずらに気化燃料を消費し、混合率を低下させる。

（５）火炎が下部から燃焼室４に移動する燃焼過程にお
いて、保炎板１４の部分でのドラフト変動によって逆火
現象を生ずることがある。

本発明は上記に鑑みてなされたものであって、その目的
とするところは、起動特性が良好で、かつ、良好な主バ
ーナ炎が得られる液体燃料燃焼バーナを提供することに
ある。

本発明の特徴は、蒸発気化室の底部にバーナ起動時に液
体燃料を加熱して蒸発気化させる加熱ヒータを設け、上
記底部中央から上記蒸発気化室を２分割するように均圧
板を突出させ、上記蒸発気化室の上記均圧板に対向する
側壁に多数の空気噴出口を設け、上記均圧板の下部近傍
に上記蒸発気化室底部からの気化燃料が上記空気噴出口
近傍に流動するようにする案内板を取り付け、上記空気
噴出口を設けた部分の外周に上記空気噴出口から流出す
る空気の流れを安定した微小の流れとして上記気化燃料
に着火したときに上記空気噴出口の部分に良好なパイロ
ット炎が生ずるようにする空気チャンバを設け、上記蒸
発気化室の上部に上記気化燃料を集合させて予混合室に
導くスリット状噴口部を設け、上記予混合室は上記噴口
部の開口部を覆うように構成し、上記予混合室の側壁に
上記噴口部を形成する仕切板によって乱れた流れとなる
ように空気を噴射させる空気噴出口を設け、上記予混合
室の上記噴口部先端に対応する壁部に保炎孔を設置した
構成とした点にある。

以下本発明を第２図、第３図に示した原理図および第４
図に示した実施例を用いて詳細に説明する。

第２図は本発明の燃焼バーナの蒸発気化室内のパイロッ
ト炎形成部分の原理図で、パイロット炎は蒸発気化室の
側壁１９に設けた空気噴出孔２０のところに形成される
が、このとき空気噴出孔２０に対向する位置に均圧板２
１を設けて空気噴流２２の均一化を図るようにすると煤
の発生のない青火炎とすることができる。

その理由は、パイロット炎は下部から上昇する気化燃料
２３と空気噴流２２とが混合するところに形成されるが
、このとき空気噴流２２により気化燃料２３が気化燃料
流２４のように巻き込まれ、予混合領域２５に可燃混合
気が得られ、この混合気がパイロット炎２６に自己伝播
性を持たせるからである。

ところで、このパイロット炎２６の発生領域は、側壁１
９と均圧板２１の間の間隔、空気噴出孔２０相互間のピ
ッチあるいは空気噴流２２の流速、気化燃料２３の分布
などに依存し、層流拡散炎となる極めて空気噴流２２の
遅い範囲（流速１ｍ／ｓ以下）に存在する。

したがって、パイロット炎２６に対する空気導入法は、
外部からのドラフト変動の影響を考慮して、空気チャン
バを介して導入するようにすることが必要になる。

また、パイロット炎２６が空気噴流２２による気化燃料
２３の巻き込みによって形成されるから、側壁１９に沿
う気化燃料の存在が必要になる。

特に着火、消化時には気化燃料量が減少するが、そのと
きでもパイロット炎２６が不安定にならない機構が要求
されそのためにも均圧板２１が必要になる。

なお、燃料気化室の下部の燃料蒸発部に加熱ヒータを設
け、着火時にこれを燃料気化温度以上に加熱してから液
体燃料を供給するようにすると、初期の気化燃料量が多
くなり、かつ、直ちに得られるので、着火特性およびパ
イロット炎２６の安定性が良好になり、大幅な起動特性
の改善をはかることができる。

第３図は本発明の燃焼バーナの可燃混合気形成部分の原
理図で、以下第３図を用いて気化燃料の予混合機構につ
いて説明する。

仕切板２７に対応した予混合室壁２８に空気噴出孔２９
を設け、これより予混合空気流３０を仕切板２７に向っ
て噴出し、気化燃料３１は仕切板２Ｔの反対側を流すよ
うにする。

すなわち、予混合空気流３０を直接気化燃料３１に混合
しないで、予混合空気流３０を仕切板２７に向って噴出
して得られた乱れた流れの空気を仕切板２７の上端で気
化燃料３１に混合し、均一な可燃混合気流３２を得るよ
うにする。

そして可燃混合気流３２が得られる近傍に保炎孔３３を
設け、保炎孔３３から噴出する可燃混合気に着火して、
主バーナ炎３４を形成させる。

本発明の液体燃料燃焼バーナは、従来と同様、パイロッ
ト炎２６の熱を利用して液体燃料を蒸発させて気化燃料
を得るものであり、蒸発気化室からの気化燃料３１は、
パイロット炎２６として一部燃焼したものとの混合流で
あるため、これに直接予混合空気流３０を混合すると、
予混合室内で火炎が発生したり、パイロット炎２６の安
定化に悪影響を及ぼしたりする。

しかし、第３図に示すように、予混合空気流３０を仕切
板２７に噴射して噴流を緩和し、かつ、偏流の乱れを増
長させた乱れた流れとしてから気化燃料３１に混合する
ようにすると、そのような問題がなく、しかも、均一な
可燃混合気を得ることができ、予混合が良好に行なわれ
て、ガスと同様の青火炎燃焼が可能となる。

第４図は上記原理図にもとずく本発明の液体燃料燃焼バ
ーナの一実施例を示す縦断面図で、全体は断面が矩形状
で、横方向に長くなっている。

第４図において、３５はバーナケースで、これの下部に
蒸発気化室３６が、中央部に予混合室３７が、上部に燃
焼室３８がそれぞれ分割して設けられている。

蒸発気化室３６は、底部３９に加熱ヒータ４０が埋設さ
れていて、その近傍に燃料供給管４１が設けてある。

そして、底部３９から均圧板４２（第２図の２１に相当
）が空気噴出孔４３を有する蒸発気化室側壁４４と平行
して空気噴流４５と対向するように突起して形成されて
いて、最下部の空気噴出孔４３近傍には案内板４６が設
置してあり、底部３９からの気化燃料を空気噴出孔４３
方向に導くようにしてある。

また、蒸発気化室３６内に導入する空気噴流４５は、側
壁４４を延長して囲った中空部よりなる空気チャンバ４
Ｔを介して空気噴出孔４３より導入するようにして、パ
イロット炎４８を形成させるための着火ヒータ４９を空
気噴流４５近傍に設置してある。

予混合室３７の中央部には蒸発気化室３６からの気化燃
料を絞るようにして集合させるスリット状の噴口部５０
（第３図の２７に相当）が蒸発気化室３６から突き出す
ようにして設けられていて、この噴口部５０の外壁面に
予混合空気流５１が衝突するように、予混合空気噴出孔
５２が予混合室壁５３に設けてある。

そしてこの予混合室壁５３の噴口部５０の上方開口部近
傍に間隙をおいて主バーナ炎用保炎孔５４が設けてあり
、保炎孔５４から予混合室３７で得られた可燃混合気が
噴出し、これに２次空気孔５５からの空気流が混合され
、これに点火栓（図示せず）を用いて着火すると、主バ
ーナ炎５６が形成されるようにしてある。

次に動作について説明する。

バーナ作動初期において、蒸発気化室３６の底部３９に
設置した加熱ヒータ４０を燃料蒸発温度以上に加熱した
後、燃料供給管４１から液体燃料を供給し、燃料を直ち
に蒸発気化させて、着火ヒータ４９を用いてパイロット
炎４８を形成させる。

一度パイロット炎４８が発生すると、その後はパイロッ
ト炎４８からの伝熱によって液体燃料は自己蒸発気化す
る。

この場合、空気は送風機などによりバーナ下部から矢印
５７の如《送入され、空気チャンバ４７へ空気導入孔５
８を通して導入され、予混合室３７へは空気噴出孔５２
より、燃焼室３８へは２次空気孔５５よりそれぞれ導入
される。

ここでパイロット炎４８を形成させる空気噴流４５は、
空気チャンバ４７を介して噴出させるようになっている
ので、パイロット炎４８に必要な空気流速が１ｍ／ｓ以
下の比較的小さい値になり、パイロット炎４８は煤の発
生をともなわない青火炎となる。

また、燃焼ガスを屋外に放出した場合のドラフト変動の
影響を緩和するので、パイロット炎４Ｂを常に安定に保
持することができる。

特に本発明の燃焼バーナは、蒸発気化室３６内に形成さ
れるパイロット炎４８の熱で定常状態での燃料の蒸発気
化を行なうようにしているので、パイロット炎４８の安
定化をはかることは、非常に重要である。

なお、実験によれば、上記した如くパイロット炎４８は
層流拡散炎であり，特に青火炎領域では火炎からの輻射
伝熱はあまり期待できず、蒸発気化室側壁４４あるいは
均圧板４２からの伝熱が主流となる。

この伝熱量を増大させる手段としては、パイロット炎４
８を側壁４４に帯状に付着させて形成することが有効で
あるが、この場合、パイロット炎４８がお互いに干渉し
合うため、かなり空気流速を小さくしなければならない
。

このような状態でパイロット炎４８を安定に形成させる
ためには、予混合室３７での空気流の影響を小さくする
ことが必要である。

予混合室３７にスリット状噴口部５０を設けてあるのは
、この意味からも有効である。

また、パイロット炎４８の安定化には、空気噴流４５が
乱れると拡散燃焼に移行するので、蒸発気化室側壁４４
がら空気噴流４５を噴出させる場合は均圧板４２が必要
で、均圧板４２は空気噴流４５の乱れをなくすのに有効
に作用する。

さらにまた、案内板４６は、渦渡時の気化燃料量の変動
にともなうパイロット炎４８の不安定性をな《すのに有
効に作用する。

特に着火、消火時には気化燃料量が少ないが、これを案
内板４６によりパイロット炎４８近傍に有効に集めるこ
とにより、気化燃料濃度を高めることができ、それによ
りパイロット炎４８は安定に保持される。

したがって、液体燃料の蒸発気化過程において、加熱ヒ
ータ４０による気化燃料化と同時にパイロット炎４８を
形成でき、また、均圧板４２、案内板４６、空気チャン
バ４７の作用により，パイロット炎４８の安定化を図る
ことが可能となる。

蒸発気化室３６からの気化燃料はスリット状噴口部５０
によって集められて上昇し，噴口部５０の上部開口部よ
り出た気化燃料に空気噴出孔５２からの予混合空気流５
１が噴口部５０の外壁への衝突によって乱れた流れとさ
れた状態で混合されて、均一な可燃混合気となる。

この可燃混合気は混合部近傍に開口している保炎孔より
噴出して、２次空気孔５５からの２次空気が混合される
とともに主バーナ炎５６を形成するが、この主バーナ炎
５６は混合が均一であるので、ガス燃料の場合と同様の
青火炎となる。

この場合、予混合室３７を従来のものに比較して小型と
することができ，また、蒸発気化室３６からの気化燃料
は、一旦噴口部５０に集められ、噴口部５０を出たとこ
ろで、乱れた流れとなっている予混合空気流５１が混合
されるので、途中で火炎が発生することがなく、また、
混合が均一に行なわれ、良好な可燃混合気とすることが
できる。

上記したように、本発明の実施例によれば、起動時には
加熱ヒータ４０により液体燃料が蒸発気化され、定常時
にはパイロット炎４８の熱によってそれが行なわれるが
、パイロット炎４８は常に安定に保持され、しかも、煤
を発生しない青火炎とすることができ、気化燃料の発生
は常に安定している。

また、蒸発気化室３６からの気化燃料は一旦噴口部５０
で集められ、その後乱れた流れとなっている予混合空気
流５１が混合されるから、途中で火炎が発生することが
なく、また、均一で良好な可燃混合気とすることができ
る。

しかも、この可燃混合気が混合部近傍に設けた保炎孔か
ら噴出して主バーナ炎５６を形成するから、ガス燃料の
場合と同様の青火炎とすることができる。

実験によれば、起動時間は２分位となり、従来の１／４
以下である。

また、消火時間は約１分であり、過渡時でも煤、臭いの
発生がない。

さらに燃焼バーナの全体の構造が小型コンパクトとする
ことができる利点もある。

以上説明したように、本発明によれば、起動特性が良好
で、かつ、良好な主バーナ炎が得られるという顕著な効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の液体燃料燃焼バーナの構成図、第２図は
本発明の燃焼バーナの蒸発気化室内のパイロット炎形成
部分の原理図、第３図は本発明の燃焼バーナの可燃混合
気形成部分の原理図、第４図は本発明の液体燃料燃焼バ
ーナの一実施例を示す縦断面図である。 ３５・・・・・・バーナケース、３６・・・・・・蒸発
気化室、３７・・・・・・予混合室、３８・・・・・・
燃焼室、４０・・・・・・加熱ヒータ、４１・・・・・
・燃料供給管、４２・・・・・・均圧板、４３・・・・
・空気噴出口、４４・・・・・・蒸発気化室側壁、４５
・・・・・・空気噴流、４６・・・・・・案内板、４９
・・・・・・着火ヒータ、５０・・・・・・スリット状
噴口部、５１・・・・・・予混合空気流、５２・・・・
・・空気噴出孔、５３・・・・・・予混合室壁、５４・
・・・・・保炎孔、５５・・・・・・２次空気孔。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 液体燃料を蒸発させて気化燃料とする蒸発気化室と
   、該蒸発気化室からの気化燃料に空気を混合して可燃混
   合気とする予混合室と、該予混合室からの可燃混合気を
   燃焼させる燃焼室とよりなる液体燃料燃焼バーナにおい
   て、前記蒸発気化室の底部にバーナ起動時に前記液体燃
   料を加熱して蒸発気化させる加熱ヒータを設け、前記底
   部中央から前記蒸発気化室を２分割するように均圧板を
   突出させ、前記蒸発気化室の前記均圧板に対向する側壁
   に多数の空気噴出口を設け、前記均圧板の下部近傍に前
   記蒸発気化室底部からの気化燃料が前記空気噴出口近傍
   に流動するようにする案内板を取り付け、前記空気噴出
   口を設けた部分の外周に前記空気噴出口から流出する空
   気の流れを安定した微小の流れとして前記気化燃料に着
   火したときに前記空気噴出口の部分に良好なパイロット
   炎が生ずるようにする空気チャンバを設け、前記蒸発気
   化室の上部に前記気化燃料を集合させて前記予混合室に
   導くスリット状噴口部を設け、前記予混合室は前記噴口
   部の開口部を覆うように構成し、前記予混合室の側壁に
   前記噴口部を形成する仕切板によって乱れた流れとなる
   ように空気を噴射させる空気噴出口を設け、前記予混合
   室の前記噴口部先端に対応する壁部に保炎孔を設置して
   なることを特徴とする液体燃料燃焼バーナ。