JPS6248779B2 - - Google Patents

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
に、燃焼室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、熱効率が悪かつた。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
う欠点があつた。 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あるいはヒーターガス化方式
といたつ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上がり時と消火時に、
灯油のガス化が不十分となつて臭気が発生すると
いう欠点あつた。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
する欠点があつた。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つた。 本出願人は上述の欠点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
管に循環させて、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54−
83799号で出願済みである。 本発明は、空気と燃料を混合させる混合管に、
燃焼ガスを再度循環させるようにした燃焼装置を
備えてなる熱交換装置において、被熱交換流体室
の内外両壁面に沿つて燃焼ガスを流通させること
により、伝熱面積を増加させて、熱交換効率を向
上させんとするものある。 以下に本発明の構成を、本出願人が先に出願し
た特願昭57−83799号の燃焼装置を利用した熱交
換装置の実施例に基づいて、図面を参照して詳細
に説明すると次の通りである。 第１図乃至第４図は、本発明の第１の実施例の
熱交換装置Ａを示すものである。同図に示すよう
にこの熱交換装置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の下方内部に形成された燃焼室
３に臨んで設置されている。また缶体２の燃焼室
３の外周側部及び上部には、被熱交換流体を貯留
するための室４が形成されている。そしてこの実
施例では、缶体２の外周囲に所定間隙をもつて断
熱材５を設置することにより、後述する燃焼ガス
の通路６を形成するようにしている。燃焼装置Ｂ
は、油圧ポンプ７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、送風フアン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の先端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
ら所定距離をもつて円周方向に等間隔配置された
複数個の空気噴出孔１３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粒
子を更に微細化すると共に、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
定間隙をもつ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）１６を形成す
るようにしている。多重管構造の保炎部１５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。 而して、噴霧ノズル８と対向する缶体２の内外
壁面２ａ，２ｂには、燃焼ガスの一部を通路６に
導入する開口部２１が開設されている。２２は排
気煙突、２３は被熱交換流体の取出口で、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Ａ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。尚、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のスパークによつて点火され、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。 燃焼ガスは、その一部が缶体内壁面２ａに沿つ
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と缶体２の保炎部取
付口２６との間隙を通つて、循環流入口１６に到
り、高速の旋回空気流によつて発生する負圧（吸
引作用）で混合管２０内に吸引される。また燃焼
ガスの残りの一部は、缶体内外壁面２ａ，２ｂに
開設した開口部２１から通路６へと流入し、缶体
外壁面２ｂに沿つて流れる。このため、缶体外壁
面２ｂにおいても流体室４の水と熱交換が行なわ
れる。通路６を第２図の矢符の如く流れる燃焼ガ
スは、やがて循環流入口１６に到り、該流入口１
６に発生する吸引作用によつて混合管２０内に吸
引される。このようにして、缶体２の内外両壁面
２ａ，２ｂに沿つて流通し、混合管２０内に吸引
された循環燃焼ガスは、旋回空気流によつてよく
混合された灯油粒子と空気と混合気を暖め、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
近い状態の燃焼となり、青炎燃焼が得られる。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、
しかも整流された理想の燃焼となる。したがつ
て、燃焼音が低く、熱効率に優れた燃焼が得られ
る。以後はこの青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つた結果、
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つた。噴出空気の流速に影
響を及ぼす因子は、送風フアン９の出力および送
風管１０の大きさ（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１２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が適当であつた。 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
で行なつた。

【表】 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１６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８mmφが必要である。

【表】 また表―２から明らかなように、中央噴出孔１
２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１
２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すれば、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１
３の孔径を８mmφ、空気噴出孔１３の数を16、送
風管１０の径を80mmφとして、実際の空気流速を
計測したところ21m／secであつた。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12.5m／sec程度であつた。 要するに、この第１の実施例にあつては、缶体
２の内外両壁面２ａ，２ｂに沿つて燃焼ガスが循
環流通し、両壁面２ａ，２ｂで熱交換が行なわれ
るので、内壁面２ａのみで熱交換を行つていた従
来のものに比較して、その伝熱面積の増加が著し
く、優れた熱交換効率が得られるものである。ま
た混合管２０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
燃焼ガス化を加えて、理論空気比に近い空気比で
青炎燃焼させているので、一定量の燃料に対する
発生熱量が多く、優れた熱交率が得られる。更に
は、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。 第５図は、本発明の第２の実施例を示すもので
ある。この第２の実施例は、缶体２を円筒状にな
して、その内外壁面２ａ，２ｂ間に水室を形成
し、また内部空間２７を燃焼ガスの排気通路とし
ている。そして、缶体２の底部外周囲に燃焼ガス
の循環通路６を設けている。その他の構成並びに
作用効果は前記実施例と同じである。 第６図は本発明の第３の実施例を示すもので、
上記第２の実施例の缶体２の外周囲に、水室２８
を有する筒状体２９を設け、両者間に燃焼ガスの
循環通路６を設けたものである。このように水室
２８，２９を設けることにより、前記第１及び第
２の実施例にも増して伝熱面積を拡大することが
可能であり、熱交換効率がよい。 第７図は上記第３の実施例の缶体内壁面２ａ
を、下流方向に拡開する直線状となした第４の実
施例である。 第８図は、本発明の第５の実施例を示すもので
ある。この実施例は、第５図に示す第２の実施例
の燃焼装置Ｂを縦置型に変更したもので、外装体
１の上部に該燃焼装置Ｂを取り付け、缶体２の底
部に開口部２１を開設して、該缶体２の外周囲に
形成された燃焼ガスの循環通路６と缶体２の内部
空間２７とを連通させている。この場合の燃焼ガ
スは、缶体内部空間２７から開口部２１を通り、
循環通路６を上昇して、その一部は、循環流入口
１６から混合管２０内に吸引される。そして、残
りの燃焼ガスは、煙突２２から外部に排出され
る。缶体２の内外壁２ａ，２ｂで熱交換が行なわ
れることは、前述の各実施例と同じである。また
その他の構成並びに作用効果についても前述の各
実施例と同じである。 以上説明したように本発明によれば、缶体の内
外壁面で熱交換を行なうことができ、缶体の内壁
面でのみ行なつていた従来のものに比較して伝熱
面積の増加が著しく、優れた熱交換効率が得られ
る。また燃焼ガスを燃焼装置の混合管に循環させ
て、燃料粒子を暖めることにより、ガス化若しく
はこれに近い状態にすると共に、空気と燃料粒子
との混合気に燃焼ガスを加えて理論空気比に近い
空気比で燃焼させることにより、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、装置の熱効率に優れている。更には、燃焼炎
が青炎であることと、多重管構造の保炎部による
整流効果により、燃焼音が低いという利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は第１の実施例を示すもの
で、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、第５図は第
２の実施例を示す熱交換装置の縦断面図、第６図
は第３の実施例を示す熱交換装置の縦断面図、第
７図は第４の実施例を示す熱交換装置の横断面
図、第８図は第５の実施例を示す熱交換装置の縦
断面図である。 ８…噴霧ノズル、２０…混合管、１…外装体、
２…缶体、３…燃焼室、２ａ…缶体内壁面、２ｂ
…缶体外壁面、２１…開口部、４…流体室、６…
循環通路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 断熱材が充填された外装体と、内外壁間に被
   熱交換流体の貯留室を有し、前記外装体内に設置
   された缶体と、缶体外壁面と外装体との間に形成
   された燃焼ガス通路と、缶体内壁面により形成さ
   れた燃焼室と、噴霧ノズルの前方側に所定間隙を
   置いて配置されると共に、前記燃焼室に臨んで設
   置された多重管構造の保炎部を備えた混合管を有
   する燃焼装置と、前記噴霧ノズルに対向する缶体
   の内外壁面に形成され、前記燃焼ガス通路に連通
   する開口部とより成り、噴霧ノズルと混合管との
   間に形成された前記所定間隙は、前記燃焼ガス通
   路に位置し、燃焼ガスの混合管への循環流入口で
   あることを特徴とする熱交換装置。