JPS59158907A - 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、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
送風機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、カーボン粒子が缶体内部の伝熱面に付着して
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
て胃炎燃焼させる、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式が開発さ
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、保守点検に際して特殊な技能を必要とす
る欠点があった。

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にあって、噴霧ノズルの
外周を囲むように配設された送風管より噴き出される供
給空気の流速が１５　ｍ／ＳｅＣ以上となる空気供給源
を配設することにより、循環燃焼ガスの量を十分に取り
、燃料と空気と循環燃焼ガスとの三者の混合によってこ
れを理論空気比に近いものとなし、完全燃焼に近い状態
の良好な胃炎燃焼を得んとするものである。

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図は本発明に係る燃焼装置の実施例を示
すもので、第１図は燃焼装＠Ａの要部を示す部分断面斜
視図、第２図は該装置Ａを熱交換装置Ｂに取り付けた場
合の縦断面図１．第３図は熱交換装置Ｂの横断面図、第
４図は燃焼装ｆｆｆＡの横断面図である。燃焼装ＨＡは
、油圧ポンプ１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２を有し、該ノズル２の外周に
は、空気供給源としての送風ファン３で起風された空気
を噴出するための送風管４が設置されている。５は送風
管４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５は、燃料と空気を噴出する中央噴出孔６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７とを有している。この空気
噴出孔７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。８は噴霧ノズル２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４
の先端前方には、所定間隙！をもって多重管構造の保炎
部９が設置されている。この間隙ｌ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）１０を形成
するようにしている。間隙ｌは、小さ過ぎると後述する
循環燃焼ガスの吸引量が減り、胃炎燃焼が得られず、ま
た大き過ぎると空気と灯油粒子との混合気の一部が該保
炎部９の外に流れて未燃焼ガスが発生するという問題が
ある。このため、３５，０ＯＯＫ　ｄ　／　ｈに相当す
る欄を連続して供給する熱交換装置の燃焼装置にあって
は、送風管４の大きさを８０１１Ｒφとすると、上記間
隙ノは８〜２０ｍｍの範囲内にあることが必要であり、
最適値は１５＋ｎｍであった。

多重管構造の保炎部９は、その中心にステンレス製パン
チングメタルの保炎板１１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１２が
設置されている。そして、この保炎筒１２の外周にステ
ンレス製パンチングメタルの副保炎筒１３が設置され、
更にこれの外周に混合管１４が設置されている。

このような構成の燃焼装置Ａは、第２図乃至第４図に示
すように、熱交換装置Ｂの外装体１５に内装設置された
円筒状の缶体１６に取り付けられている。すなわち、燃
焼装置Ａは、缶体１６の内部空間に形成された燃焼室１
７に臨んで設置されている。

缶体１６の内外壁面１６ａ、　１６ｂ間には被熱交換流
体を貯留するための室１８が形成されている。１９は缶
体２の外周囲に配設した断熱材、２０は燃焼室１７と外
部とを連通する排気煙突である。２１は被熱交換流体の
取出口で、２２はその供給口、２３はドレン、２４は燃
焼ガスがストレートに排気されるのを防止するための制
御筒である。

次に燃焼装置Ａおよび熱交換装置Ｂ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Ａ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２より噴出された霧状の灯油粒子は、電極棒
８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５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１３に伝播され、更に保炎板１
１に移行し、この保炎板１１に到る途中で整流されて、
該保炎板１１で安定する。このように副保炎筒１３は、
燃焼炎が保炎板１１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１１で安定した燃焼炎
は、保炎筒１２からテーパーコーン状に噴出される。保
炎筒１２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９と対向する位置の缶体内壁面
１６ａと衝突する。その後、燃焼ガスは缶体内壁面１６
ａに沿って流れ、このとき被熱交換流体室１８の水と熱
交換を行なう。そして、保炎部９と送風管４との間に形
成された循環流入口１０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１４内に吸引さ
れる。混合管１４内に吸引されたこの循環燃焼ガスは、
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１４内で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、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、上述の胃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１０に発生する負圧く吸引作用
）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
るには、流速をどの程度に設定すればよいかを知見する
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３の出力および送風管４の大きさくこの場合、８
０ＩＩＩＩＩｌφ）を一定とすると、中央噴出孔６と空
気噴出孔、７の孔径及び両噴出孔６と７の面積比である
。なお、空気噴出孔７の数及び中央噴出孔６と空気噴出
孔７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６と７
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４を８０＋１ｍ
φとした本実施例の場合は、前記距離は３２ａ＋ｍが適
当であった。

表−１及び表−２は、噴出孔６，７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
、実験は燃焼装置Ａを熱交換Ｈ＠Ｂから取り出して行な
った。

表−１ 表−１から明らかなように、空気噴出孔７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１０
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７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８ｍｎ＋φ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６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６と空気噴出孔７の全体の
開口面積に対する中央噴出孔６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すれば、中央噴出孔６の孔径は
、１８〜２０ＩＩＩＩＩｌφが最適である。

中央噴出孔６の孔径を１８ＩＩＩｌφ、空気噴出孔７の
孔径を８ＩＩＩＩＩｌφ、空気噴出孔７の数を１６、送
風管４の径を８０ｍｍφとして、実際の空気流速を計測
したところ２１　ｍ１ｓｅｃで、そのとき循環流入口１
０に発生する負圧は一１４ｍ１ｌｌＨ２０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で、そのときの噴出孔
近辺に発生する負圧は−４１１１１１Ｈ２０であった。

このようにして、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１４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、前述した理想の胃炎燃焼
が得られるものである。

以上説明したように本発明にあっては、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
化若しくは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１分量加えて、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、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図は燃焼装置の要部を示す部分断面斜視図、第２図
は燃焼装置を組み込んだ熱交換装置の縦断面図、第３図
は同装置の横断面図、第４図は燃焼装置の横断面図であ
る。 ２・・・噴霧ノズル　　４・・・送風管　　６・・・中
央噴出孔　　７・・・空気噴出孔　　５・・・高速空気
噴出板１４・・・混合＠１０・・・循１ｍ流入口　　　
３・・・空気供給源（送風ファン） 特許出願人　　伊奈製陶株式会社 代　理　人　　弁理士　内田敏彦

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、燃料を霧状に噴出する噴霧ノズルと、該噴霧ノズル
   の外周を囲むように設置された送風管と、該送風管の先
   端に設置され、中央噴出孔及びこれの周囲に多数が配置
   された空気噴出孔とを有する高速空気噴出板と、前記送
   風管の前方に設置された混合管と、前記送風管と混合管
   との間に開設された燃焼ガスの循環流入口と、前記送風
   管の噴出空気の流速が１５　ｍ／Ｓｅｃ　に１．上とな
   る空気供給源とで構成したことを特徴とする燃焼装置。