JPS59157903A

JPS59157903A - 熱交換装置

Info

Publication number: JPS59157903A
Application number: JP58029988A
Authority: JP
Inventors: 明彦久松
Original assignee: Inax Corp
Current assignee: Inax Corp
Priority date: 1983-02-24
Filing date: 1983-02-24
Publication date: 1984-09-07
Also published as: JPS644085B2

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】ボ発明は、噴霧ノズルの前方に設けた混合管へ、燃焼ガ
スを循環させて空気と燃料の混合気をガス化燃焼させる
ようにした燃焼装置を備えてなる熱交換装置に関するも
のである。

従来、゛石油給湯機等に用いられる液体燃料の燃焼方法
として、ガンタイプバーナーと称するものがある。これ
は、送Ｊ！ＩＩＩより送り出される空気と、電磁ポンプ
で加圧されて噴霧ノズルから噴出される液体燃料（灯油
粒子）の混合気を、高圧電気放電にて着火し、燃焼させ
るものである。ところが、この従来のものは、混合気の
空気量が多く、黄炎燃焼となり、熱効率が悪かった。し
かも黄炎燃焼のため、カーボン粒子が円筒状である缶体
の内部伝熱面に付着して運転初期の熱交換効率を維持で
きないということと、炎の振動による燃焼音が大きいと
いう欠点があった。また噴霧ノズルと対向する円筒状の
缶体内壁面に燃焼ガスが衝突して、該部分で乱流が発生
し、この乱流により機器全体の騒音が大きくなるという
欠点もあった。

また最近では、省エネルギー、省資源及び環境上の観点
から高効率化、低騒音化の要求があり、灯油を気化させ
て青炎燃焼させる、いわゆるロータリーガス化バーナー
あるいはヒーターガス化方式といった燃焼方法が開発さ
れている。ところが、前者のものは着火の立ち上がり時
と消火時に、灯油のガス化が不十分となって臭気が発生
するという欠点があった。また後者のものはヒーターの
予熱時間が必要なため、使用上の不便さがあり、しかも
ヒーターのコントロール等に複雑な制御を要する欠点が
あった。更には、いずれのものも基本的な灯油のガス化
構造が複雑で、保守点検に際し、特殊な技能を必要とす
る欠点があった。それに両者とも、上述した燃焼ガスが
円筒状の缶体内壁面に衝突して乱流を起こし、この乱流
により騒音が発生するという問題は、依然として未解決
のままであった。

本出願人は上述の熱効率と燃焼による騒音の問題を解決
するものとして、先に、燃焼ガスを噴霧ノズルの前方に
設けた混合管へ循環させて、空気と燃料の混合気をガス
化燃焼させる燃焼装置及び燃焼方法を、特願昭５７−８
３７９９号で出願済みである。

本発明は、上記既出願の発明を更に改良したものであっ
て、空気と燃料を混合させる混合管へ、燃焼ガスを再度
循環させるようにした燃焼装置が、外装体に内装設置さ
れた缶体の燃焼室に備えられている熱交換装置において
、上記燃焼室を球状にすることにより、燃焼ガスの流れ
を円滑にして該燃焼ガスの乱流をなくし、もって騒音を
著しく低下させると共に、燃焼室の球状内壁面に沿って
燃焼ガスを混合管へ十分量だけ全周方向から循環させ、
空気と燃料と燃焼ガスとを均一に混合させｔ安定した青
炎燃焼を得るようにしたものである。

以下に本発明の構成を、図面に示す実施例に基づいて詳
細に説明すると次の通りである。

第１図乃至第４図において、Ａは熱交換装置である。こ
の熱交換装置Ａは、外装体１内に設置された円柱状の缶
体２と燃焼装置Ｂを有している。

燃焼装置Ｂは、缶体２の内部に形成された球状の燃焼室
３に臨んで設置されている。また缶体２の内外壁面２ａ
、２ｂ間には、被熱交換流体を貯留づ−るための室４が
形成されている。５は缶体２の外周囲に配設した断熱材
である。

燃焼装置Ｂは、油圧ポンプで加圧された液体燃料を霧状
の微粒子にして噴出する噴霧ノズル８を有し、該ノズル
８の外周には送風ファン９で起風された空気を噴出する
ための送風管１０が設置されている。１１は送風管１０
の先＠開口部に設置された高速空気噴出板である。この
噴出板１１は、燃料と空気を噴出する中央噴出孔１２と
、その中心から所定距離をもって円周方向に等間隔配置
された複数個の空気噴出孔１３とを有している。この空
気噴出孔１３は、それぞれが円周方向に所定角度傾斜し
ており、噴出空気に旋回流を起こして燃料と空気の混合
を均一に分布せしめるようにしている。１４は噴霧ノズ
ル８の先端近傍で高電圧によるスパークを発生させ、噴
出された燃料の微粒子に点火を行なう電極棒である。送
風管１０の先端前方には、所定間隙をもっ゛て多重管構
造の保炎部１５が設置されている。この間隙により、両
筒間に循環ガスの流入口（以下は循環流入口という）１
６を形成するようにしている。多重管構、造の保炎部１
５は、その中心にステンレス製パンチングメタルの保炎
板１７が設置されており、その外周に下流方向へ拡開す
るテーパーコーン状の保炎筒１８が設置されている。

そして、この保炎筒１８の外周にステンレス製パンチン
グメタルの副保炎筒１９が設置され、更にこれの外周に
混合管２０が設置されている。

２２は、燃焼室３と外部とを連通ずる排気煙突、２３は
被熱交換流体の取出口、２４はその供給口、２５はドレ
ンである。

次に以上のように構成された熱交換装置△の動作態様を
、被熱交換流体を水とし、液体燃料を灯油とした場合に
基づいて説明する。なお、燃焼装置Ｂの供給燃料の量と
供給空気量はコンスタントである。

噴霧ノズル８より噴出された霧状の灯油粒子は、電極棒
１６のスパークによって点火され、最初のうちは、高速
空気噴出板１１の先端近傍で黄炎燃焼を始める。この状
態では空気が過剰である。その後、この燃焼炎は次第に
噴霧方向へ移行し、副保炎筒１９に伝播され、更に保炎
板１７に移行し、この保炎板１７に到る途中で整流され
て、該保炎板１７で安定する。このように副保炎筒１９
は、燃焼炎が保炎板１７へ移行するに際し、その伝播を
スムーズにさせる働きをする。保炎板１７で安定した燃
焼炎は、保炎筒１８からテーパーコーン状に噴出される
。保炎筒１８はその時の燃焼炎の分布状態を均一にし、
かつ安定させる働きをするものである。

燃焼後のガスは、保炎部１５と対向する位置の缶体の球
状内壁面２ａと衝突する。そして、該球状内壁面２ａの
全周面に沿って流れることにより、穏やかかつ滑らかに
その方向を変換する。このため、従来のように燃焼ガス
が円筒状缶体の内壁面に衝突して乱流を起こすというこ
とがなく、乱流による騒音の発生がない。また円滑な方
向変換であるため、循環ガスの量を増大させることが可
能である。その後、燃焼ガスは球状の内壁面２ａの全周
面に沿って流れ、このとき被熱交換流体室４の水と熱交
換を行なう。そして、保炎部１５と送風管１０との間に
形成された循環流入口１６に到り、高速の旋回空気流に
よって発生する負圧（吸引作用）で混合管２０内に吸引
される。吸引は、燃焼ガスが球状内壁面２ａの全周面に
沿って円滑に流れているので、混合管２０の全周方向か
ら均一に行なわれる。したがって、混合管２０内に吸引
されたこの循環燃焼ガスは、灯油粒子と空気との混合気
に均一に分布して混合されることになる。また燃焼ガス
は、旋回空気流によって均一に混合された灯油粒子と空
気との混合気を暖め、灯油粒子をガス化若しくはこれに
近い状態にする。このため、燃焼状態は、ガス化燃焼若
しくはこれに近い状態の安定した燃焼となり、胃炎燃焼
が得られる。すなわち、灯油粒子と、空気と、循環燃焼
ガスの三者が混合管２０内で均一に混和された後に整流
され、過剰空気で燃焼していたものが、理論空気比に近
い、しかも安定した、理想の燃焼となる。したがって、
燃焼音が低く、熱効率に優れた燃焼が得られるものであ
る。以後はこの胃炎燃焼が持続される。

而して、上述の青炎燃焼を得るためには、空気と灯油粒
子の混合気に、燃焼ガスを適当量だけ混合させることが
必要であり、循環流入口１６に発生する負圧（吸引作用
）の大きさが問題になる。そこで、本実施例では、上記
負圧に最も影響を与える噴出空気の流速を変えて実験を
行った結果、理想の空気比に必要な燃焼ガス量を吸引す
るに足る流速を設定するに到った。噴出空気の流速に影
響を及ぼす因子は、送風ファン９の出力および送風管１
０の大きざ（この場合、８０ｍｍφ）を一定とすると、
中央噴出孔１２と空気噴出孔１３の孔径及び両噴出孔１
２と１３の面積比である。なお、空気噴出孔１３の数及
び中央噴出・孔１２と空気噴出孔１３間の距離は、噴出
空気の流速にはほとんど影響を与えず、無視できるもの
である。ただし、両噴出孔１２と１３間の距離は、それ
が適正値を越えると、灯油粒子と空気の良好な混合が得
られなくなる。送風管１０を８０ｍｍφとした本実施例
の場合は、前記距離は３２ｍｍが適当であった。

表−１及び表−２は、噴出孔１２．１３の孔径と噴出空
気の流速及び供給空気量の関係を示す実験結果である。

なお、実験は熱交換装置Ａの外部で行なった。

表−１表−１から明らかなように、空気噴出孔１３の孔径を小
さくすれば、噴出空気の流速は速くなり、循環流入口１
６で発生する負圧は大きくなる。ところが、燃焼に必要
な供給空気量は噴出孔１３の径が小さくなると減少する
傾向にある。このため、供給空気量が十分にとれ、かつ
流速の速い孔径としては８ｎ＋ｍφが必要である。

表−２また表−２から明らかなように、中央噴出孔１２もその
孔径を小さくすれば流速は速くなるが、供給空気量は少
なくなる。しかも、中央噴出孔１２と空気噴出孔１３の
全体の開口面積に対する中央噴出孔’１２の開口面積の
割合は、空気量に比例した値を取る。そこで供給空気量
と、噴出空気流速のバランスを考慮づれば、中央噴出孔
１２の孔径は、１８〜２０ｍｍφが最適である。

中央噴出孔１２の孔径を１８ｍｍφ、空気噴出孔１３の
孔径を８ＩＩＩＩＩｌφ、空気噴出孔１３の数を１６、
送風管１０の径を８Ｏｎ＋ｎ＋φとして、実際の空気流
速を計測したところ２１　ｍ／ｓｅｅであった。参考ま
でに、これまでに市販されている燃焼装置の空気流速は
、通常１２．５　ｍ／ｓｅｃ程度であった。

°このようにして１、必要な循環燃焼ガス量を吸引する
ための噴出空気の流速を設定することにより、混合管２
０内における灯油粒子と空気と循環燃焼ガスとの混合気
は、理論空気比に近いものとなり１、前述した理想の青
炎燃焼が得られるものである。

なお、上述の実施例は、排気煙突２２を、円柱状缶体２
の中央部に１個設けた場合のみを説明したが、これは多
数設ける構成であってもよい。また燃焼装＠８は、球状
の燃焼室３の中心に向っておれば、その設置位置はどこ
にあっても同じことである。

以上説明したように本発明にあっては、球状の燃焼室で
あるため、燃焼ガスが球状内壁面と衝突したときに、穏
やかかつ滑らかに方向変換でき、胃炎燃焼に必要な十分
量の燃焼ガスを循環させることができる。また該部分で
の燃焼ガスの乱流がなく、乱流による騒音の発生がない
。また循環燃焼ガスは、球状内壁面の全周面から混合管
内に均一に吸引されるので、灯油粒子と空気と循環燃焼
ガスとの混合が均一になされ、安定した燃焼が得られる
。更には混合管内において、灯油粒子を循環燃焼ガスで
暖めることにより、ガス化若しくＧよこれに近い状態に
すると共に、空気と灯油粒子の混合気に燃焼ガスを加え
て、理論空気比に近い空気比で青炎燃焼させることがで
き、一定量の燃料に対する発生熱量が多く、優れた熱効
率が得られる。加えて、整流された青炎燃焼であるため
、燃焼音も低いという利点がある。要するに、本発明の
ものは熱効率と低騒音化に優れた効果を有するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱交換装置の縦断面図、第２図は同装置の横断
面図、第３図は燃焼装置の横断面図、第４図は燃焼装置
の部分断面斜視図である。８・・・噴霧ノズル　　２０・・・混合管　　１・・・
外装体２・・・缶体　　３・・・燃焼室　　２ａ・・・
球状内壁面特許出願人　　伊奈製陶株式会社代　理　人　　弁理士　内田敏彦第３図ノ２　　　４　　　　ｌＤ第４図

Claims

【特許請求の範囲】

１、　燃焼ガスを噴霧ノズルの前方に設けた混合管へ循
環するようにしである燃焼装置が、外装体に内装設置さ
れた缶体の燃焼苗に備えられている熱交換装置において
、上記燃焼空を球状にしたことを特徴とする熱交換装Ｍ
。