JPS5913645B2 - 液体燃料燃焼装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は圧電振動子を応用して液体燃料を霧化し燃焼
させる超音波霧化方式の燃焼装置において、特に例えば
灯油などの液体燃料を安定に燃焼させる燃焼用バーナを
備えた燃焼装置に関するものである。

現在、例えば灯油などの液体燃料を燃焼させる方法とし
ては、燃焼用蕊を用いて燃焼させる方法と電熱器を用い
て灯油などを気化させ燃焼させる方法などが用いられて
おり、前者は例えば石油ストーブ、後者は強制吸排気式
（以下、ＦＦ方式という）の暖房器具として一般に採用
されている。

しかし、周知のごとく石油ストーブは点火および消火時
に不快臭があり、またＦＦ方式の暖房器具は点火前の灯
油の気化に数分ないし士数分の予熱時間を要しているな
どの欠点を有していた。

近年、この石油スレーブの不快臭、ＦＦ方式の暖房器具
の点火時における予熱時間などの欠点を解決する為に点
火、消火が瞬時に行える新方式、すなわち圧電振動子を
使用した超音波霧化方式による液体燃料の燃焼装置が検
討されはじめている。

しかしながら、上記の方法は液体を霧化させるのでガス
状でなく霧滴となるため、ガス状のものと異なって燃焼
が不安定であるという問題が生じている。

これは粒径分布の点にも要因はあるが本質的には霧滴が
ガスでなく油滴であることに起因している。

そこで、現在この燃焼の不安定要因となる粗大油滴の除
去のため霧滴の搬送経路に遮へい板を設ける方法が検討
されているが、例えば都市ガス等の気体を燃焼させる通
常のブンゼンバーナ式のごとき構造の燃焼用バーナを備
えた燃焼装置は知られていない。

この発明は、圧電振動子を応用して液体燃料を霧化し燃
焼させる超音波霧化方式の燃焼装置において、特に液体
燃料を安定に燃焼させるために霧化された液体燃料と空
気との混合流体を導ひく輸送管を設け、その輸送管の先
端部近傍に通気性熱交換体を挿着し、その通気性熱交換
体の近接部に燃焼用金網を固設して構成された燃焼用バ
ーナ（以下バーナという）を備えた燃焼装置を提供せん
とするものである。

以下、この発明の一実施例を図に従って説明する。

第１図は燃焼装置の構造を示す概念図であり、バーナを
霧化槽の上部に直結して設けたものである。

図において、１は液体燃料（灯油等）を貯めておく容器
状よりなる霧化槽で、２はその霧化槽の底部に固設され
た圧電振動子、３はその振動子に超音波を発生させるた
めの励振回路、４はホーンで霧化効率を高めるために設
けた遮へい板であり、これに図示していない送風装置を
備え、空気Ａを矢印の方向から送風することによって通
常の超音波霧化装置を構成するものである。

よって、上記霧化槽１に例えば水を入れることによって
水を霧化させ室内の湿度を高めることが出来る。

Ｃは液体燃料Ｂが霧滴となった状態を示すものである。

５は霧化槽１の上部に直結に固設してなる筒状の輸送管
で霧化された液体燃料と空気との混合流体を導ひくもの
である。

６はその輸送管の先端部近傍に固設した通気性熱交換体
（以下熱交換体という）で、７はその熱交換体に近接し
て設けた燃焼用金網（以下金網という）であり、上記輸
送管５、熱交換体６と共にバーナ８部を構成しているも
のである。

なお、バーナ８部については後述にて詳細に説明する。

上記の構成よりなる燃焼装置において、液体燃料Ｂは励
振回路３により励振された圧電振動子２より超音波エネ
ルギーを受けて霧滴Ｃとなる。

この時、上記ホーン４は超音波エネルギーの集束を安定
化させる効果を有するものである。

その霧滴Ｃは矢印方向より送風された空気Ａにより輸送
管５へ送られ、且つ熱交換体６の空間部を通過して金網
７に達する。

しかして、霧滴Ｃが金網７に達した時、この霧滴Ｃに着
火具の火炎を近づければ瞬時に着火され燃焼が開始する
。

燃焼開始後、数十秒間内に金網７、輸送管５の上部およ
び熱交換体６が加熱され、短時間で熱交換体６を通る霧
滴Ｃのガス化が行なわれるようになって燃焼の安定化が
促進される。

この場合、空気Ａは霧滴Ｃの搬送を行うと共に灯油燃焼
のための一次空気であるため灯油霧化量と送風量の比を
一次空気率が１００％になるように調整することにより
最良の燃焼状態である安定した青炎を得ることが出来る
。

次に、燃焼装置の他の実施例について第２図にもとずき
説明する。

図は第１図と同様に装置の構造を示す概念図である。

図において第１図と同一符号は同一か相等部分を表わす
ため説明を省略する。

８は霧化槽１と輸送管５を連結する連結管で、液体燃料
Ｂの油面より上部の位置に連結されている。

９は輸送管５底部と、上記霧化槽１の底部近傍に接続し
たドレン管である。

このドレン管９は輸送管５の内壁に耐着した油滴を集め
て霧化槽１に帰すものである。

このようにバーナ８部を霧化槽１上部に直接固設するの
ではなく輸送管５を液体燃料Ｂの油面より上部の霧化槽
１周壁に連結管８を介して設けることにより装置として
高さ方向を低くすることが出来ると共にバーナ８部を自
由な位置に置くことが出来る。

次に、第３〜第７図においてバーナ８部の構成を説明す
る。

第３図はバーナ８部の断面拡大図である。

図に示すとおり輸送管５の構造は同一材料で構成しても
良いが熱伝導性の異なる材質の、例えば燃焼部に近い部
分５ａには耐熱性材料を甲い、霧化槽１側には断熱性材
料５ｂを接続して構成することによって霧化槽１への熱
伝導を減少させ、装置を保護すると共に安全性の向上及
び熱交換体６部の温度を上げ霧滴Ｃのガス化能力を高め
るなどの効果を有するものである。

さらに、上記熱交換体６及び金網７について群別に説明
する。

熱交換体６は霧滴Ｃのガス化の役割を受は持つほかその
熱容量によって炎の裁ち切れを防止する役割を担うもの
であり、金網７は炎の安定化、特に炎が霧化槽１へ逆行
する炎の引き込み現象（以下逆火という）を防止する役
割をする。

この逆火は霧滴あるいはガス化された液体焼料が金網７
を通過する速さに関係するが、この金網７の目の荒さと
も関係する。

例えば一例として金網７の目の荒さを３２メツシユとし
た場合と１８メツシユとした場合について第１図に示す
装置で灯油を燃焼させたところ３２メツシユでは安定に
燃焼し続けるが１８メツシユのものは逆火が発生するこ
とを実験で確認している。

第４図ａ、ｂはバーナＨ燃焼部の一実施例を示す断面図
と熱交換体６の拡大斜視図を示すもので熱交換体６に熱
伝導性の良い材料でなる簀子状熱交換体６ａを用いたも
ので霧滴のガス化は霧滴が簀子状熱交換体６ａを通過し
ている間に行なわれる。

第５、第６図はバーナＨ燃焼部の他の実施例を示すもの
であり、第５図は耐熱性の材料でなるスポンジ状のもの
を熱交換体６ｂとして用いた場合第６図は同じく耐熱性
の材料でなる球体状のものを熱交換体６Ｃして甲いた場
合であり両方共に同様の効果を示すものである。

なお５ｃは、上記スポンジ、球体状などの熱交換体６ｂ
、６Ｃを保持する支持具を表わしている。

第７図ａ、ｂ、ｃは同じくバーナＨ燃焼部の他の実施例
を示す断面図であり各々熱交換体６として耐熱性の材料
でなる折り返しスリット６Ｄを用いた場合で、第７図ａ
はスリット６Ｄを金網７の下面に近接して設けた場合、
同図すはスリット６Ｄを金網７に接した場合、同図Ｃは
スリット６Ｄを金網７の外に突き出した場合を示すもの
である。

又、図中６８はスリット６Ｄ下側の底面に設けた油抜き
管であり点火時に折り返しスリットの下側に油溜りが出
来ることがあるためその油を抜くためのものである。

上記のとおり構成したスリット形のバーナＨ部では霧滴
が矢印のごとき進み折り返しスリンＦ５Ｄを通過する間
にガス化する。

以上、種々形状の燃焼用バーナＨの構成について説明し
たが霧滴との熱交換効率を高めるためには熱交換体６の
熱容量が大きいこと、熱交換面積が犬なること等が重要
である。

これらの要求を満足するための具体的構造は種々考えら
れるが火炎から十分の熱量を受け、且つこれを保持でき
る構造の熱交換体６を金網７の至近距離に設置すること
が基本的に重要である。

因に灯油の燃焼時の金網７と熱交換体６への到達最高温
度は各々１０００℃以下及び３００℃以下程度であり、
上記温度に耐える程度の耐熱性がそれぞれ要求される。

上記、説明のとおり霧化された液体燃料Ｂの霧滴Ｃが空
気Ａと混合気体となって霧化槽１より、その霧化槽と接
続された輸送管５と、その輸送管の先端部近傍に設けた
通気性熱交換体６を通って、その熱交換体に近接して設
けた燃焼用金網７の面上で燃焼するように構成したこの
発明による超音波霧化方式の燃焼装置においては、例え
ば灯油などの液体燃料を安定に燃焼させると共に点火消
火が瞬時に行なえ、石油ストーブに見られる点火、消火
時の不快臭のない燃焼を行なわせることが可能である。

因に、軽油などは常温での超音波による霧化が困難であ
るがもし液温を７０℃程度まで温めて霧化すれば本発明
の燃焼装置を用いることによって灯油の場合と同様の青
炎を得ることが出来る。

加えて全く同様に各種炭水化物の適正な燃焼装置として
暖房器具、調理器具、実験器具等広い分野への応用が可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１、第２図はこの発明の一実施例と他の実施例を示す
燃焼装置の構造を示す概念図、第３〜第７図は同じくこ
の発明の各種の燃焼用バーナ部の構成を示すもので、第
３図はバーナ部の断面図、第４図ａ、ｂはバーナ燃焼部
の一実施例を示す断面図と簀子状の通気性熱交換体の拡
大斜視図、第５〜第７図は同じくバーナ燃焼部の他の実
施例を示すもので通気性熱交換体にスポンジ、球体、ス
リットを用いた場合の断面図である。 図において、１は霧化槽、２は圧電振動子、５は輸送管
、６は通気性熱交換体、７は燃焼用金網、８は連結管、
９はドレン管、Ａは空気、Ｂは液体燃料、Ｃは霧滴、Ｈ
は燃焼用バーナであり、各図の同一符号は同一か相当部
分を表わすものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧電振動子を使用して液体燃料を霧化し、その霧化
   した燃料を燃焼させる超音波霧化方式の燃焼装置におい
   て、上記液体燃料を霧化させるための霧化槽に、霧化さ
   れた燃料と空気との混合流体を導ひく輸送管と、その輸
   送管の先端部近傍に設けた通気性熱交換体と、その通気
   性熱交換体に近接して設けた燃焼用金網とによって構成
   された燃焼用バーナを取り付けると共に、上記輸送管を
   燃焼部に近い部分は耐熱性材料とし、霧化槽側には断熱
   性材料としたものを接続することによって熱伝導性の異
   なる材質の筒体として構成したことを特徴とする液体燃
   料燃焼装置。 ２ 輸送管を液体燃料の油面より上部の霧化槽周壁に連
   結管を用いて接続し、且つその輸送管の底部にドレン管
   を設け、そのドレン管を霧化槽底部近傍に接続したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃焼装置。 ３ 通気性熱交換体として、燃伝導性の良い材料で簀子
   状に構成したものを用いたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項または第２項記載の燃焼装置。 ４ 通気性熱交換体として耐熱性の材料製のスポンジ状
   のものを用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   または第２項記載の燃焼装置。 ５ 通気性熱交換体として耐熱性の材料製の球体状のも
   のを用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載の燃焼装置。 ６ 通気性熱交換体として熱伝導性の良い材料でなる折
   り返しスリットを用いたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項または第２項記載の燃焼装置。