JPS60245913A - 液体燃料気化式バ−ナ− - 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】 （産業上利用分野） 本発明は家庭用の給欄機ボイラー等に使用するガンタイ
プ式の液体燃料気化式バーナー、特に出力範囲が２３．
０００乃至５７．０００Ｋｃａｌのバーナーに関する。

（従来の技術） 灯油の燃焼はその様態により胃炎と０炎の二つに大別さ
れ、十分酸素をふくむ予混合火炎では胃炎となり、拡散
火炎では０炎（輝炎）となる。燃焼の過程は第４図に示
すフローチャートのようなものであると推定される。

第４図のフローチャートでわかるように、両燃焼の違い
は酸素の拡散の仕方で生じているが、この酸素の拡散に
影響を及ぼす因子として次のものがある。

■燃焼用空気量（即ち酸素量） ■燃料の質量 ■流れの乱れ 青炎燃焼を行う為には、燃焼用空気量が十分多いか、燃
料の質量が小さい（即ち噴霧燃料の場合には微粒化がよ
くて油滴の大きさが小さい）か、あるいは、流れの乱れ
が大きく燃料と酸素との混合が十分に行われる必要があ
る。

ところが、一般の灯油燃焼の場合によく用いられるガン
タイプバーナーの燃焼の場合には、上記の条件を満した
としても胃炎燃焼をさせることは難しい。これは、一般
のガンタイプバーナーにおいては噴霧燃料ノズルの直後
に火炎保持体が設置され、この部分で安定な炎が形成さ
れ、後続の燃料への着火源となる為、第３図で示された
燃焼の各段階が同時に進行し、噴霧された油滴は質量の
軽い完全なガス体に熱分解される以前に、油滴の周囲に
おいて着火し、同心の拡散火炎球に囲まれて燃焼する。

この為、酸素の拡散が不十分であり、青炎とはならずに
内炎燃焼となるものである。

内炎燃焼（拡散燃焼）においては、酸素の拡散は、拡散
火炎球の火炎を通り内部の油滴表面の上記層への拡散で
あり、又、燃料と空気の混合は燃料が油滴形態であり質
量が大きい為、流れの大きな乱れ、あるいは過剰の空気
量により促進してやる必要がある。この為、内炎燃焼バ
ーナーは流れの大きな乱れを発生させる為の方策（例え
ば最大衝撃流の発生）を採用し、又、過剰な空気量の供
給が必要となる。

内炎燃焼においては、コロイド状炭素の酸化反応が起こ
るが、この際、酸素の拡散が不十分であると、このコロ
イド状炭素は、煤となって排出される。このような酸素
の拡散の不十分さは酸素量が十分であっても、局部的な
混合の不良により起こる可能性がある。

又、酸素の拡散の不十分さにより、酸化中間生成物（多
くの場合、−酸化炭素）の排出が起こる。

以上二つの燃焼排出物の含有量の増大は、空気過剰率を
下げた場合に顕著に表われ、この理由により拡散燃焼に
おいてはある一定の空気過剰率以下にすることは難しか
った。

内炎燃焼においては混合の促進の為、流れの大きな乱れ
を発生させることが必要であるが、これが燃焼中の拡散
火炎球を含む流れの乱れである為、音が大きく、内炎燃
焼の際の燃焼騒音の主な原因となっていた。又、完全燃
焼をさせる為、流れの乱れを大きくずればする程、音は
大きくなるという欠点を有していた。又、このような乱
れの発生の為に火炎保持体の後方の流路を絞る方法を執
ることが普通であるが、こうすると火炎は一部開口部を
持つ狭い空間で形成されることになるので、音は大きく
なる。

一方、青炎燃焼においては、酸素の拡散は蒸発したガス
状燃料との拡散である為、拡散し易く、流れの大きな乱
れや過剰の空気量の必要性が少ない。

この為、胃炎燃焼においては空気過剰率をほぼ理論比近
くまで下げることが可能である。

胃炎においては、コロイド状炭素の生成割合が小さく、
又、ガス状燃料と酸素との拡散、混合が良い為、空気過
剰率を下げても煤、及び−酸化炭素の排出が少なく完全
燃焼に近い燃焼をすることが可能である。

このように空気過剰率を下げて理論燃焼空気口に近いと
ころでの燃焼が可能であり、又混合が良い為、燃焼域が
狭くなるので火炎の温度＆よ断熱火炎温度に近くなり高
温化することになる。

青炎燃焼は、混合が完了した後で燃焼する為、音が静か
であり、又、開放端における炎の形成となるので、音が
静かになる。

以上のように液体燃料気化式バーナーの燃焼方式として
は胃炎燃焼の方が内炎燃焼より明らかに優れている。

（発明が解決しようとする問題点） 而して、本発、」は液体燃料気化式バーナー、特に出力
範囲が２３，０００乃至５７．０００）（Ｃａｌのバー
ナーにおいて如何にして完全な青炎燃焼を達成するかを
命題とし、ノズル域、燃焼空気流域、燃料気化域、混合
域と燃焼域、高温燃焼ガス循環域の分離を完全に行うこ
とにより、該ノズル域のノズルから噴霧された油滴をま
ず燃料気化域において油滴の状態で着火することなしに
、循環域を通って吸引された高温燃焼ガスによる熱で気
化してガス状となし、その後、混合域において上記ガス
状となった燃料を空気と混合して、その後に燃焼域で安
定に着火するようになすものであるが、完全な青炎燃焼
をさせる為には、酸素の拡散（即ち混合）以外にノズル
域、燃焼空気流域、燃料気化域と混合域と、燃焼域、高
温燃焼ガス循環域の分離が必要である。

然る処、このようなノズル域、燃焼空気流域、燃料気化
域、混合域と燃焼域、高温燃焼ガス循環域のの分離の為
には、燃料気化域において混合及び炎の形成があっては
ならないし、又、混合域において、炎の形成があっては
ならない。

而して、本発明が解決しようとする問題点は、燃料気化
式域における酸素不足の高温燃料気化体と、酸素過剰の
燃料不足混気体の混合の防止及び混合域における炎の形
成の防止を計かり、ノズル域、燃焼空気流域、燃料気化
域、混合域。

燃焼域、高温燃焼ガス循環域を完全に分離することであ
る。

（問題点を解決するための手段） 上記、問題を解決するために本発明が講する技術手段は
燃料噴霧ノズルと、燃料噴霧ノズル周辺に該ノズルを囲
んでこれと同軸に設けられた空気吹出口と、吸水性を有
する多孔質セラミック製で、後部に開口した円筒部を有
すると共に該円筒部前端に連続して前方へ上記ノズルの
噴霧角度より梢狭い角度で拡開して開口する円筒状の拡
開部を有し、燃料噴霧ノズルの前方に該ノズルの燃料噴
霧区域を囲んで上記ノズル及び空気吹出口と同軸に設け
られたバーナーコーンと、吸水性を有する多孔質セラミ
ック製で、底面を開口した中空の円錐状又は半球状に形
成し、バーナーコーン前端の開口部に凸面をバーナーコ
ーン内部に向け、その外周面と上記開口部口縁との間に
適当な間隔を有してバーナーコーンと同軸に設けられた
整流板とを備え、上記空気吹出口がφ３７≦内径≦φ４
８、長さ／内径〉０．５、長さ＞２０ｍｍ、バーナーコ
ーン円筒部内径／空気吹出口内径〉１．３、バーナーコ
ーンが円筒部内径＞４８ｍｍの寸法関係を有するように
するものである。

（作用） 而して、燃料噴霧ノズルから噴霧された油滴がバーナー
コーンの円筒部の開口から吸込まれる高温循環ガスによ
り加熱されたバーナーコーン及び整流板内面に到達し、
−担セラミック面に吸入保持された後、上記バーナーコ
ーン及び整流板の熱により瞬時に気化して一次気化燃料
体となる。

またバーナーコーン及び整流板内面に到達しない細かい
油滴のうちで燃料気化域に達したものは高温循環ガスの
熱で気化して二次気化燃料体となる。

この気化燃料と高温燃焼ガス循環域を通って吸引された
高温循環ガスがバーナーコーン内面に沿って流れ、該面
近傍は燃焼下限界以下の酸素濃度となる。即ちバーナー
コーン内面近傍には酸素不足層が形成され、これにより
燃料気化域における炎の形成が防止される。

一方、バーナーコーンの中心部分には空気吹出口から吹
出された空気が流れる燃焼空気気流域であり、ここには
整流板に当って気化した一次気化燃料体及び空気流に巻
き込まれた１部油滴とが混入されているがそれらの燃料
の量は極めて少く燃焼下限界以下の濃度となる。即ち燃
焼空気流域は酸素過剰域が形成されて炎の形成が防止さ
れる。

この際空気吹出口の径は小さすぎると、空気の吹出速度
が速くなり過ぎ、整流板に衝突して後方に向かって背圧
をかけ、循環ガスの吸込みが悪くなるとともに燃焼音も
大きくなり、逆に大きすぎると空気の流速が遅くなり循
環ガスの吸込みがまた悪くなる。

また、吹出口の長さが短かすぎると吹出す空気が軸線方
向に流れずイグナイターの火花を燃料噴霧域に流すこと
ができなくなり着火不良を起したり、バーナーコーン内
部にて燃焼ガスと空気が混合して、バーナーコーン内部
で黄炎が立ち、燃焼音が大きくなる。

また吹出口の径とバーナーコーンの円筒部の径も密接に
関係しており、両者の径が接近する、例えばコーンの円
筒状の径が小さくなると、吸引される燃焼ガスによりガ
ス化された燃料ガスと空気がコーンの前半部で混合して
しまい、コーン内部で炎が立ってしまう等の問題が生じ
る。

然る処、本発明は空気吹出口をφ３７≦内径≦φ４８、
長さ／内径〉ｏ、５、長さ＞２０ｍｍ、バーナーコーン
円筒部内径／空気吹出口内径〉１．３、バーナーコーン
を円筒部内径〉４８ｗｌ１としたことにより、この寸法
関係と、バーナーコーン及び整流板の形状が相俟って最
適量の燃焼ガスを吸引することができ、バーナーコーン
中心部分の燃焼空気流域には空気が流れ、コーン壁面付
近の燃料気化域においては高速のか気流により吸込まれ
た酸素不足の燃焼ガスと、コーンの熱によりガス化した
燃料ガスが流れ、この二つの互いに可燃限界に入らない
流れはバーナーコーン内部では混合することがなく、整
流板とバーナーコーン出口の絞り部において初めて両者
が混合し、その後整流板部分及び保炎リングからなる燃
焼域で安定した炎が形成される。

即ち、ノズル域、燃焼空気域、燃料気化域。

混合域、燃焼域、高温燃焼ガス循環域の分離が完全に行
なわれるので完全な胃炎燃焼が得られる。

（実施例） 以下、本発明の実施の一例を図に基づいて説明する。

第１図は本発明バーナーを搭載した給湯機の要部の縦断
面図である。

この図示例の場合給湯機（Ｂ）に搭載されるバーナー（
Ａ＞は出力が３５．．０ＯＯＫｃａｌ　／Ｈで円筒状の
燃焼室（２）の周檗部に設けた熱交換器フランジパイプ
（１０）部分に設けられて燃焼室（２）内に臨んでいる
。

バーナー（Ａ）は、燃料噴霧ノズル（３）と燃料噴霧ノ
ズル（３）周辺に該ノズル（３）を囲んで設けられる空
気吹出口（４）と、燃料噴霧ノズル（３）の燃料噴霧域
を囲んで設けられるバーナーコーン（６）と、バーナー
コーン（６）の出口部に設けられる整流板（８）と、整
流板（８）の前方に設けられる保炎リング（９）を備え
ている。

空気吹出口（４）は熱交換器フランジパイプ（１０）か
ら燃焼室（２）の軸方向に対して直交方向に開口するス
トレートな円筒状に形成され、後部を燃焼室（２）外部
において送風機（１１）の風道（１２）に連絡する。

また空気吹出口（４）内にはノズルホルダー（１）が同
軸に設けられており、該ノズルホルダー（１）に保持さ
れた燃料噴霧ノズル（３）の先端が空気吹出口（４）の
前端開口部から後述のバーナーコーン（６）中心に臨ん
でいる。

この空気吹出口（４）はφ３７≦内径≦”４８、長さ／
内径〉０．５、長さ＞２０ｍｍでなければならず、この
実施例においては内径をφ４０、全長を５５ｍｍに形成
している。

尚、ノズルホルダー（１）の径は２１φである。

また送風機〈１１）により空気吹出口（４）から吹出さ
れる空気に関しては、ＪＩＩｏ、５乃至１　、３ＮＩＴ
ｌ’／ＩＩＩ　、　１９ｍ　／ＳｅＯ≧吹出速度≧１０
ｍ／ｓｅｃでなければならず、この実施例においては風
量が０．８Ｎｍ″／ｌ１１１吹出速度１６１／５ＩＢＣ
に設定されている。

燃料噴霧ノズル（３）は従来周知の構造形態を有する噴
霧角麿が６０’のノズルであり、後部がノズルホルダー
（１）を軸方向に挿通する送油管（１３）を介して給油
源（１４）に連絡する。

送油管（１３）は中途部に電磁ポンプ（１５）を備えて
おり、該電磁ポンプ（１５）の作動によりノズル（３）
から噴霧される油量は４．３Ｊ／Ｈに設定されている。

尚、上記油量は２．６乃至７．０１／Ｈであることが必
要である。

バーナーコーン（６）は図示形状、即ち、後部にストレ
ートなあるいは、わずかにテーパーのある円筒部（６ａ
）が形成されると共に該円筒部（６ａ）の前端に連続し
て前方へ拡開状に延びる円錐状の拡開部〈６ｂ）が形成
されており、適当な保持部材（１７）により保持せしめ
て空気吹出口（４）の前方に、該空気吹出口（４）との
間に空隙（５）を存して上記燃料噴霧ノズル（３）と同
軸に設けられる。

バーナーコーン（６）は、円筒部内径〉４８−円筒部内
径／空気吹出口内径〉１．３、空気吹出口通路面積／（
円筒部所面積−空気吹出口断面積）〈１、円筒部断面積
−空気吹出口断面積＞０．０００７フイでなければなら
ず、本実施例では円筒部内径が６３φ、円筒部断面積−
空気吹出口断面積＝０．００１７３ｆｆｒｌ’に形成さ
れている。

またバーナーコーン（６）は全長が１００ｍ／ｍで拡開
部（６ｂ）が３０°の拡開角度で前方に拡開し、その前
端部が１０４φの内径を有しており、その後端と空気吹
出口（４）前端との間の間隙（５）は２０＋ｎ／ｍの幅
を有している。

上記バーナーコーン（６）後端の開口部と空気吹出口（
４）との間の空隙（５）は、空気吹出口（４）からの高
速な空気吹出により周辺に生ずる負圧を利用して燃焼室
（２）内の高温燃焼ガスをバーナーコーン（６）内に吸
引する吸引口部（５）を構成するものである。

整流板（８）は底面を開口した円錐状又は半球状に形成
して、凸面をバーナーコーン（６）側に向けて、その大
部分をバーナーコーン（６）内に挿入した状態でバーナ
ーコーン（６）と同軸に設け、その外周とバーナーコー
ン（６）出口部との間に環状の間隙（１８）を形成する
。

この整流板（８）は全長が４５ｍ／ＩＩＩに形成される
と共に開口部径が９０φに形成されており、その頂部が
空気吹出口（４）前端がら８２１Ｉｌ／ｍの位置なるよ
うにバーナーコーン（６）出口部に挿入配備され、その
前端部が／＜−ナーコーン（６）前端から７ｍ／ｍだけ
前方へ突出する。

また整流板（８）にはその中心部を除０た６Ｌ置に、６
φの小孔（７）が３６個間穿されてし）る。

ぞして、この整流板（８）とバーナーコーン（６）によ
りバーナーコーン（６）出口部に形成される上記環状の
間隙（１８）は即ちバーナーコーン（６）の実質的出口
は間隙面積／（空気吹出口の通路面積子（バーナーコー
ン円筒部断面積−空気吹出口断面積））〉１、間隙面積
〉０．００１５４ｉ−Ｑｆｆｉ）、バーｔ−］−ン（６
）出口部におけるバツクファイヤー防止のために０．０
０１５４ゴ〈間隙面積＜０．００６６７櫂である必要が
あり、本実施例の場合３６個め小孔〈７）を含めて０．
００４１０７Ｉ＋’に形成されている。

尚、小孔（７）は環状の間隙（１８）　、即ち実質的な
バーナーコーン（１８）出口の上記条件を満足する限り
、その数や径を若干増減することが可能である。

上記、バーナーコーン（６）と整流板（８）はけい素４
２％、窒化け、い素１８％、粘土４０％を原料とする多
孔質セラミック製であり、気孔率３０％に形成されてい
る。

尚、上記バーナーコーン（６）の気孔率は５０乃至２０
％の範囲内において変更可能である。

保炎リング（７）は耐熱性に優れた金属にて断面形状が
略Ｖ字型又はＵ字型の環状体に形成して、凸面を整流板
（６）及びバーナーコーン（５）側に向けて整流板（６
）の前方に設けられる。

上記保炎リング（９）は外径が１３０φ、内径がバーナ
ーコーン（６）出口部の径と同径、即ち１０４φで、長
さが１５１１　／ｍに形成されており、後端がバーナー
コーン（６）前端から１２１１１／Ｉの間隔をおいて整
流板（８）の前方に位置する。

尚、図中（１９）はイグナイターで、燃料噴霧・ノズル
（３）に近接する位置で、空気吹出口（４）からの空気
の流れを阻害しない位置に１対設けられている。

而して、斯るバーナー（Ａ）において、送風機（１１）
及び電磁ポンプ（１５）を作動させると共にイグナイタ
ー（１９）にイグニッションを生じせしめると、まず燃
料噴霧ノズル（３）から噴霧された燃料と空気吹出口（
４）から吹出した空気の混合気にイグナイター（１９）
の火花が着火し、バーナーコーン（６）中央部に黄炎が
形成される。

また空気は空気吹出口（４）から吹き出されることによ
り吸引作用を生じ、周囲空気を吸引する。

この結果、バーナーコーン（６）出口部より、バーナー
コーン（６）入口部と空気吹出口（４）との間の空隙、
即ち燃焼ガス吸引口（５）を通ってコーン（６）内部に
至る循環流が生じる。

着火後、上記循環作用により熱い燃焼ガスをバーナーコ
ーン（６）内に吸込み、その熱により噴霧燃料を瞬時に
気化する。気化された燃料はコーン（６）内面に沿って
循環ガスと共に酸素不足層（ａ　）を形成してコーン（
６）出口部と整流板（８）との間に形成される絞り部（
２０）に流れ、核部（２０）においてコーン（６）中央
部を流れてきた燃焼用空気との混合を促進される。

そして、バーナーコーン（６）内部の黄炎は、燃焼ガス
を吸込むと同時に整流板（８）後流部に移動し、ここで
上記混合気が着火して青炎となる。

一方、噴霧ノズル（３）から噴霧され、吸弓÷された燃
焼ガスで気化されなかった油滴は、バーナーコーン（６
）内周面、特に拡開部内周面にぶつかるが、コーン（６
）が吸水性のある多孔質セラミック類であるため、一旦
セラミック内に吸入保持される。そして、コーン（６）
は高温燃焼ガスによる対流熱伝達で高温になっているた
め、吸入された燃料はすぐに蒸発、気化してコーン（６
）出口へ流動し、整流板（８）とｂ−ン（６）出口の絞
り部（２０）にお０て空気と混合され、整流板（８）後
流部、即ち整流板（８）背後の四部にて着火する。

上記整流板（８）背後の凹部は、気流の滞留点となり、
この部分で高温燃焼ガスが滞留し、コーン（６）出口よ
り放出されて気化し、空気と混合した燃料ガスへの着火
源となる。従って、整流板（８）に開けた小孔（７）か
ら青炎が立つことになる。

また、整流板（８）は、バーナーコーン（６）と同様の
吸水性を有する多孔質セラミック類としたことにより、
気流の整流、着火源に加えてバーナーコーン（６）と同
様に燃料気化面としての機能を果すことが可能となる。

更に、整流板（８）＠部にて着火しなかった未燃ガスは
、保炎リング（９）の内外周面に沿って流れ保炎リング
（９）背後の凹部にて着火する。

上記保炎リング（９）背後の凹部は、整流板（８）背後
の凹部同様、気流の滞留点となり、この部分で高温燃焼
ガスが滞留し、整流板（８）部分で着火しなかった未燃
ガスへの着火源となる。従って、保炎リング（８）の端
部に安定した胃炎が立つことになる。

尚、本願は出力の範囲が２３．ＱＯＯ乃至５７．０ＯＯ
Ｋｃａｌ　／ＨについＴ（７）気化弐ノ＼−ナーに関す
るもであるがこれ以上の出力のノクーナーについても本
願の形状を相似的に拡大すれば本願と同様の効果を期待
し得る。

（効果） 本発明は上記の構成であるから以下の利点を有する。

（１）　青炎がバーナーコーン前部で立つので、完全燃
焼し、燃焼効率が高い。

（２）　完全燃焼するので０の発生が少なし）。

（３）　燃焼騒音、即ちバーナーの運転音が／ｈさく静
かである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す液体燃料気化式バーナ
ーの断面図、第２図は正面図で一部切欠して示しである
。第３図は灯油の燃焼の過程を示すフローチＶ−トであ
る。 Ａ・・・バーナー　３・・・燃料噴霧ノズル４・・・空
気吹出口 ５・・・高温燃焼ガスの吸引口部　。 ６・・・バーナーコーン　６ａ・・・円筒部６ｂ・・・
拡開部　８・・・整流根 性　許　出　願　人　東陶機器株式会社手続補正書 昭和５９年　８月、り日 特許庁長官　志　賀　学　殿 昭和５９年特許願第１０１５６３号 ２、発明の名称 液体燃料気化式バーナー ３、補正をする者 事件との関係　特許　出　顔人 氏名（名称）　（入０８）東陶機器株式会社４、代理人 昭和　年　月　日 ６、　補正の対象 （２）同書第２２頁１６行目［・・・のでＣＯの発生・
・・」を「・・・のでＣＯの発生・・・」に補正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃料噴霧ノズルと、燃料噴霧ノズル周辺に該ノズルを囲
   んでこれと同軸に設けられた空気吹出口と、吸水性を有
   する多孔質セラミック製で、後部に開口した円筒部を有
   すると共に該円筒部前端に連続して前方へ上記ノズルの
   噴霧角度より梢狭い角度で拡開して開口する円筒状の拡
   開部を有し、燃料噴霧ノズルの前方に該ノズルの燃料噴
   霧区域を囲んで上記ノズル及び空気吹出口と同軸に設け
   られたバーナーコーンと、吸水性を有する多孔質セラミ
   ック製で、底面を開口した中空の円錐状又は半球状に形
   成し、バーナーコーン前端の開口部に凸面をバーナーコ
   ーン内部に向け、その外周面と上記開口部口縁との間に
   適当な間隔を有してバーナーコーンと同軸に設けられた
   整流板とを備え、上記空気吹出口がｇ５３７≦内径≦φ
   ４８、長さ／内径〉０．５、長さ＞２０ｗ＋ａ、バーナ
   ーコーン円筒部内径／空気吹出口内径〉１．３、バーナ
   ーコーンが円筒部内径〉４８ｎの寸法関係を有すること
   を特徴とする液体燃料気化式バーナー。